Månfiskar och neurala nätverk

Månfiskar (Aurelia aurita), som finns i nästan alla av världens hav, studeras nu av forskare för att lära sig hur deras neurala nätverk fungerar. Genom att använda sina genomskinliga klockor som mäter från tre till 30 centimeter kan cnidarierna röra sig mycket effektivt.

Studiens huvudförfattare är Fabian Pallasdies från forskargruppen Neural Network Dynamics and computation vid Institute of Genetics vid Universitetet i Bonn.

“Dessa månfiskar har ringformade muskler som drar ihop sig, vilket trycker ut vattnet ur klockan”, förklarar Pallasdies.

Effektiviteten i deras rörelser kommer från månfiskarnas förmåga att skapa virvlar vid klockans kant, vilket i sin tur ökar framdrivningen.

“Dessutom kräver endast klockans sammandragning muskelkraft; utvidgningen sker automatiskt eftersom vävnaden är elastisk och återgår till sin ursprungliga form”, fortsätter Pallasdies.

Forskargruppen har nu utvecklat en matematisk modell av månfiskarnas neurala nätverk. Den används för att undersöka neurala nätverk och hur de reglerar månfiskarnas rörelse.

Professor Dr. Raoul-Martin Memmesheimer är chef för forskargruppen.

“Månfiskar är bland de äldsta och enklaste organismerna som rör sig i vatten”, säger han.

Laget kommer nu att undersöka ursprunget till dess nervsystem och andra organismer.

Månfiskar har studerats i decennier, och omfattande experimentella neurofysiologiska data samlades in mellan 1950- och 1980-talen. Forskarna vid Universitetet i Bonn använde data för att utveckla sin matematiska modell. De studerade enskilda nervceller, nervcells­nätverk, hela djuret och det omgivande vattnet.

“Modellen kan användas för att besvara frågan om hur excitering av enskilda nervceller resulterar i månfiskarnas rörelse”, säger Pallasdies.

Månfiskar kan uppfatta sin position genom ljusstimuli och med en balansorgan. Djuret har sätt att korrigera sig när det vänds av havsströmmen. Detta innebär ofta att kompensera för rörelsen och gå mot vattenytan. Forskarna bekräftade genom sin matematiska modell att månfiskarna använder ett neurala nätverk för att simma rakt fram och två för rotationsrörelser.

Aktiviteten hos nervcellerna rör sig genom månfiskarnas klocka i en vågliknande mönster, och lokomotionen fungerar även när stora delar av klockan är skadade. Forskare vid Universitetet i Bonn kan nu förklara detta med hjälp av sina simuleringar.

“Månfiskar kan ta upp och överföra signaler på sin klocka vid vilken punkt som helst”, säger Pallasdies. “När en nervcell avfyras, avfyras de andra också, även om delar av klockan är skadade.”

Månfiskarna är den senaste arten av djur där neurala nätverk studeras. Den naturliga miljön kan ge många svar på nya frågor som rör neurala nätverk, artificiell intelligens, robotik och mer. För närvarande utvecklas undervattensrobotar baserat på månfiskarnas simprinciper.

“Kanske kan vår studie hjälpa till att förbättra den autonoma kontrollen av dessa robotar”, säger Pallasdies.

Forskarna hoppas att deras forskning och pågående arbete kommer att hjälpa till att förklara den tidiga evolutionen av neurala nätverk.