婴儿在子宫里的踢腿可能是治疗疾病和训练机器人的关键

【字体: 时间:2022年06月24日 来源:Journal of Neurophysiology

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  神经系统是有关于它应该如何与身体连接的指示,还是必须在早期发育阶段弄清楚这一点?南加州大学和瑞典隆德大学的研究人员建立的一个新模型表明,胎儿在子宫中做出的自发运动(包括那些踢腿)是使身体神经系统“连接起来”的关键步骤。研究人员的模型表明,神经系统的复杂回路不是由基因预先决定的,而是由身体运动加强的。这种新的发展模式对如何治疗神经肌肉疾病有意义,也可以提供一种简单的方法来为机器人设计更好的控制器。

  

神经系统是有关于它应该如何与身体连接的指示,还是必须在早期发育阶段弄清楚这一点?南加州大学和瑞典隆德大学的研究人员建立的一个新模型表明,胎儿在子宫中做出的自发运动(包括那些踢腿)是使身体神经系统“连接起来”的关键步骤。研究人员的模型发表在《神经生理学杂志》上的两篇论文中,表明神经系统的复杂回路不是由基因预先决定的,而是由身体运动加强的。

研究人员Henrik J?rntell,教授,瑞典隆德大学博士后研究员Jonas M.D. Enander,以及南加州大学生物医学工程教授Gerald E. Loeb,试图理解神经系统的复杂结构,并着手回答这个问题:“胎儿如何以及为什么会产生强烈的自发肌肉收缩?”控制每一块肌肉的数百个运动神经元在胎儿体内同步产生强大的肌肉收缩,同时也激活肌肉中的传感器。新的论文表明,这些相关的活动模式可以用来连接脊髓回路,通过反射协调肌肉。然后,大脑可以利用这个回路来学习协调、优雅和高效的自主动作。

研究人员的新模型以j·马克·鲍德温(J. Mark Baldwin)早在1896年提出的关于进化的推测为基础,主要研究身体如何学习和适应。新生的动物如果肌肉骨骼系统有潜在的有用突变,就必须存活下来,繁殖和传播这种突变。如果动物的神经系统是固定在旧身体上的,它可能无法存活。新模型概述了脊髓中的神经回路如何从新身体的早期自发运动中学习其机制。

为什么它很重要

这种新的发展模式对如何治疗神经肌肉疾病有意义,也可以提供一种简单的方法来为机器人设计更好的控制器。

医疗条件

该研究小组目前正在研究大脑如何学会将自己连接到脊髓,他们认为脊髓是“建立一个完整的神经系统所需的许多步骤中的另一个步骤,该系统能够自动地将‘自我’的概念与‘世界’的概念分离开来。”他们希望这将有助于研究脑瘫等发育障碍,以及脊髓损伤和中风后恢复的困难。 

机器人

到目前为止,让机器人来完成人类可以轻松完成的运动任务一直很困难。研究人员说,这是因为脊髓不仅仅是连接大脑和肌肉的电缆。它包含复杂的电路,产生从体检时发生的简单的条件反射,到走路时的大多数协调模式和其他更高级的动作。大脑学会使用这些脊髓回路来产生我们认为理所当然的优雅和有效的行为。机器人通常很笨拙,因为它们没有这样的电路。脊髓回路不能应用于机器人,因为机器人的机械结构与动物不同。研究人员表示,他们的新研究为任何机器人提供了一种方法,可以再现人类发展的各个阶段,从而为其身体发展出相当于脊髓回路的功能。

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