無需大腦指令，身體也可以協調運動

據每日科學網（sciencedaily.com）7月12日消息，來自日本北海道大學和廣島大學的科學家們近日發現，擁有五隻手臂的海蛇尾具有與六隻手臂的海蛇尾不同的「泵動」運動模式。研究人員通過數學模型證明，這種運動可以在不需要大腦指令的情況下，僅通過體內體液的流動來協調。這項發表在《科學報告》上的研究，可能為生理學和機器人研究提供有用的見解。

動物在會不斷地進行有節奏的運動，如呼吸、進食和行走。生理學研究和機器人技術已經表明，神經元活動和物理結構各自獨立地參與著這些運動的協調。然而，有關物理結構如何影響動物的這些運動，科學家們還不清楚。

針對以上問題，由日本北海道大學和廣島大學的Hitoshi Aonuma、Daiki Wakita和Yumino Hayase組成的研究小組研究了一種類似海星的水生動物——海蛇尾（Ophiarachna incrassata）。它們生活在印度太平洋地區的熱帶和亞熱帶海洋中，通常有5隻手臂，偶爾也有6隻手臂。研究人員首先對五臂海蛇尾進行了觀察，結果發現在它們收縮和擴張的手臂之間有五個扇形部分在重複運動，他們稱之為「泵動（pumping）」。而且，五臂海蛇尾的泵動是以協調的、非同步的方式發生的：一個部分的運動之後是第二相鄰部分的運動，而不是直接相鄰部分的運動。

然後，研究小組建立了一個數學模型，發現通過改變每個部分的體積和壓力產生的內部液體流動可以實現協調運動。當研究人員在模型中把手臂的數量從5個變成6個時，泵動模式出現了變化：三個第二相鄰的部分同時收縮和擴張，然後其他三個部分緊接著同步運動。

研究人員通過觀察一隻六臂海蛇尾，證實模擬結果與真實動物是相同的。這表明，有節奏的運動可以在身體各部分神經元未相互作用的情況下得到協調。這項研究的負責人、北海道大學的Hitoshi Aonuma說：「這一發現可能會啟發未來的機器人設計，讓它們在沒有複雜控制系統的情況下，也能做出協調的動作。進一步的研究將會探究不同的身體結構如何影響運動模式，以及神經元和非神經元活動在運動過程中各自扮演著怎樣的角色。」

由於海蛇尾的泵動發生在進食後，研究人員認為這是一個消化過程，並懷疑不同的泵動模式會在動物的腸道中產生不同的流動，可能會影響其消化功能。

科界原創

編譯：花花

審稿：alone

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