Senzorne povratne informacije oblikujejo individualnost, da zagotovijo enak prostor za vedenjsko odličnost | 2020

Vsebina:

Anonim

Znanstveniki so domnevali, da nas bo evolucija potisnila k eni sami "najboljši" metodi za hojo - ali za katero koli gibanje. Toda celo ponavljajoči se koraki ene osebe, ki so pozorno spremljali, so redko enaki.

"Ali je ta spremenljivost v hoji samo hrup, ki ga mora živčni sistem premagati, ali prispeva k normalnemu delovanju?" vpraša Hillel Chiel, profesor biologije na univerzi Case Western Reserve.

Chiel je delal z Mirando J. Cullins iz podjetja Case Western Reserve, Jeffrey McManus, Hui Lu in Kendrick Shaw, ki so nedavno diplomirali na doktorskem študiju, in trenutni doktorski študent Jeffrey Gill, da bi našel odgovor. Njihove raziskave, objavljene v reviji Trenutna biologija , meni, da je ohranjanje variabilnosti bistveno tako za normalno vedenje kot za dolgoročno evolucijo.

"Večina ljudi vidi variacijo kot težavo, da se izogne, vendar je to rešitev," je dejal Chiel. "Naša telesa se skozi življenje spreminjajo, naš živčni sistem pa se ukvarja z različnimi spremembami, da lahko delujemo, ko se stvari spreminjajo."

Ugotovitve imajo posledice za rehabilitacijo tistih, ki so utrpeli poškodbe, izčrpavajo bolezen ali kap; Usposabljanje športnikov; in za gradnjo boljših robotov.

Hod in človeški živčni in mišični sistemi, ki nadzorujejo, so zelo zapleteni, zato so raziskovalci raziskovali pogoltne motorne vzorce v morskem mehkužcu Aplysia californica. Ta morski polž je znan po svojih velikih, prepoznanih nevronih, ki so bili uporabljeni za razumevanje celičnih in molekularnih mehanizmov učenja in motivacije.

Ekipa je gledala na raven motoričnih nevronov. Raziskovalci so odstranili senzorične vhode iz polžev in pogledali motorne vzorce v izoliranih možganih živali. Ugotovili so, da se motorni vzorci bolj razlikujejo od ene živali do druge kot s senzoričnimi povratnimi informacijami.

Ko senzorji morskega polža dajejo povratne informacije, ko se hranijo, so se vsi slugi odzvali podobno - to je, da je postalo težje povedati en polž drugega od pogleda samo na njihove motorne vzorce. Njihovi odzivni razponi so bili skoraj enaki, ko je bilo gibanje bistveno za požiranje, kot je, kako dolgo je bilo hranjenje grabež zaprto, ko je potegnilo morske alge v usta.

Presenetljivo pa raziskovalci niso odkrili, da bi povratne informacije zmanjšale variabilnost v vsakem morskem poletu. Ravno nasprotno: obseg odzivov znotraj vsake živali je postal širši.

Toda kako naraščajoča variabilnost znotraj posameznih živali zmanjšuje variabilnost v skupini?

"Eden od načinov za zmanjšanje individualnosti je, da se vsem živalim omogoči dostop do širšega spektra odgovorov - skupnega prostora za rešitve," je dejal Chiel.

Vendar pa imajo različne možnosti v tem prostoru prednost v svetu, ki se nenehno razvija, je dejal Chiel. "Darwinovo veliko spoznanje je bilo, da je variacija surovina, ki se lahko uporabi, da se živalim omogoči, da se prilagodijo spreminjajočemu se okolju, in tako izboljša njihovo sposobnost."

Spremembe vključujejo tiste znotraj posameznika. Oseba, ki trpi zaradi možganske kapi, še posebej z motnjami v senzoričnih povratnih informacijah, bi imela več koristi od terapije, da bi ponovno pridobila dostop do vseh možnosti gibanja, namesto da bi ga usposabljala, da bi stopila v eno smer, so dejali raziskovalci.

Za usposabljanje športnikov se lahko spretnosti, kot je streljanje prostih metov v košarki, izboljšajo z zmanjšanjem variabilnosti v tistem delu telesa, ki se mora povezati z žogico; vendar bodo morda morali povečati variabilnost v drugih delih telesa ob istem času, da bodo v celoti izkoristili posebne značilnosti svojega telesa.

Roboti, ki imajo vgrajen obseg odzivov, ki jih lahko uporabijo za samodejno prilagajanje različicam v nalogah, bi bili bolj koristni od tistih, ki jih je treba reprogramirati za obvladovanje vsake spremembe, so dejali raziskovalci.

Chielov laboratorij zdaj preučuje, ali je njihovo opazovanje v morskih polževih pomembno za vretenčarje, vključno z ljudmi, ter preučuje celične in sinaptične mehanizme, ki omogočajo senzorične povratne informacije za oblikovanje motorične variabilnosti.

"Mislimo, da ti rezultati niso edinstveni za polže, ampak za splošen pojav za vse živali," je dejal Chiel. Raziskave drugih podpirajo in "Verjamemo, da je zato vsak od nas drugačen način hoje - in zakaj je naša edinstvena individualnost tako pomembna za uspeh v tem, kar počnemo."