Медузи и нейронные сети

Медузы (Aurelia aurita), которые присутствуют почти во всех океанах мира, теперь изучаются исследователями, чтобы узнать, как функционируют их нейронные сети. Используя свои прозрачные колокола, которые измеряют от трех до 30 сантиметров, эти животные способны двигаться очень эффективно.

Автором исследования является Фабиан Палласдис из группы исследования динамики и вычислений нейронных сетей в Институте генетики Университета Бонна.

“Эти медузы имеют кольцевые мышцы, которые сокращаются, тем самым выталкивая воду из колокола”, объясняет Палласдис.

Эффективность их движений обусловлена способностью медуз создавать вихри на краю колокола, что увеличивает их продвижение.

“Более того, только сокращение колокола требует мышечной силы; расширение происходит автоматически, потому что ткань эластична и возвращается к своей исходной форме”, продолжает Палласдис.

Группа ученых разработала математическую модель нейронных сетей медуз. Она используется для изучения нейронных сетей и того, как они регулируют движение медуз.

Профессор Рауль-Мартин Меммезхаймер является руководителем исследовательской группы.

“Медузы являются одними из самых древних и простых организмов, которые движутся в воде”, говорит он.

Теперь команда будет изучать происхождение их нервной системы и других организмов.

Медузы изучались десятилетиями, и было собрано большое количество экспериментальных нейрофизиологических данных между 1950-ми и 1980-ми годами. Исследователи в Университете Бонна использовали эти данные для разработки своей математической модели. Они изучали отдельные нервные клетки, сети нервных клеток, все животное и окружающую воду.

“Модель может быть использована для ответа на вопрос о том, как возбуждение отдельных нервных клеток приводит к движению медуз”, говорит Палласдис.

Медузы способны воспринимать свое местоположение через световые стимулы и с помощью балансного органа. Животное имеет способность исправлять себя, когда его поворачивает океанический поток. Это часто включает компенсацию за движение и направление к поверхности воды. Исследователи подтвердили через свою математическую модель, что медузы используют одну нейронную сеть для прямого движения и две для вращательных движений.

Активность нервных клеток проходит по всей колоколе медузы в виде волны, и движение работает даже тогда, когда большие части колокола повреждены. Ученые в Университете Бонна теперь могут объяснить это с помощью своих симуляций.

“Медузы могут принимать и передавать сигналы на своем колоколе в любой точке”, говорит Палласдис. “Когда одна нервная клетка срабатывает, другие также срабатывают, даже если части колокола повреждены.”

Медуза является последним видом животных, в которых изучаются нейронные сети. Природная среда может дать много ответов на новые вопросы, связанные с нейронными сетями, искусственным интеллектом, робототехникой и многим другим. В настоящее время разрабатываются подводные роботы на основе принципов плавания медуз.

“Возможно, наше исследование может помочь улучшить автономное управление этими роботами”, говорит Палласдис.

Ученые надеются, что их исследования и продолжающаяся работа помогут объяснить раннюю эволюцию нейронных сетей.