无需大脑指令，身体也可以协调运动学术资讯

据每日科学网（sciencedaily.com）7月12日消息，来自日本北海道大学和广岛大学的科学家们近日发现，拥有五只手臂的海蛇尾具有与六只手臂的海蛇尾不同的“泵动”运动模式。研究人员通过数学模型证明，这种运动可以在不需要大脑指令的情况下，仅通过体内体液的流动来协调。这项发表在《科学报告》上的研究，可能为生理学和机器人研究提供有用的见解。

动物在会不断地进行有节奏的运动，如呼吸、进食和行走。生理学研究和机器人技术已经表明，神经元活动和物理结构各自独立地参与着这些运动的协调。然而，有关物理结构如何影响动物的这些运动，科学家们还不清楚。

针对以上问题，由日本北海道大学和广岛大学的Hitoshi Aonuma、Daiki Wakita和Yumino Hayase组成的研究小组研究了一种类似海星的水生动物——海蛇尾（Ophiarachna incrassata）。它们生活在印度太平洋地区的热带和亚热带海洋中，通常有5只手臂，偶尔也有6只手臂。研究人员首先对五臂海蛇尾进行了观察，结果发现在它们收缩和扩张的手臂之间有五个扇形部分在重复运动，他们称之为“泵动（pumping）”。而且，五臂海蛇尾的泵动是以协调的、异步的方式发生的：一个部分的运动之后是第二相邻部分的运动，而不是直接相邻部分的运动。

然后，研究小组建立了一个数学模型，发现通过改变每个部分的体积和压力产生的内部液体流动可以实现协调运动。当研究人员在模型中把手臂的数量从5个变成6个时，泵动模式出现了变化：三个第二相邻的部分同时收缩和扩张，然后其他三个部分紧接着同步运动。

研究人员通过观察一只六臂海蛇尾，证实模拟结果与真实动物是相同的。这表明，有节奏的运动可以在身体各部分神经元未相互作用的情况下得到协调。这项研究的负责人、北海道大学的Hitoshi Aonuma说：“这一发现可能会启发未来的机器人设计，让它们在没有复杂控制系统的情况下，也能做出协调的动作。进一步的研究将会探究不同的身体结构如何影响运动模式，以及神经元和非神经元活动在运动过程中各自扮演着怎样的角色。”

由于海蛇尾的泵动发生在进食后，研究人员认为这是一个消化过程，并怀疑不同的泵动模式会在动物的肠道中产生不同的流动，可能会影响其消化功能。

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编译：花花

审稿：alone

责编：张梦

期刊来源：《科学报告》

期刊编号：2045-2322

原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190712120228.htm