یک کشف جدید درباره سیستم عصبی هشت پا (اختاپوس) بینش تازه ای درباره تکامل سیستم های عصبی پیچیده ارائه کرده و این ظرفیت را دارد که الهام بخش توسعه و ساخت تجهیزات خودکار زیرآبی و سایر نوآوری های مهندسی رباتیک باشد.
به گزارش ایرنا از «سای تک دیلی»، هشت پاها (اختاپوس ها) مانند انسان ها نیستند؛ آنها بی مُهرگانی هستند که ارتباط بیشتری با صدف ها (clams) و حلزون ها دارند. با وجود این، هشت پاها سیستم های عصبی پیچیده و تعداد نورون های مشابهی با شمار نورون های مغز سگ ها دارند که به آن ها اجازه می دهد رفتارهای پیچیده ای به نمایش بگذارند.
این مسئله موجب شده که هشت پاها موضوع جالبی برای تحقیق محققانی مانند دکتر «ملینا هیل» استاد بیولوژی ارگانیسمی در دانشگاه شیکاگو باشند. این محققان به دنبال درک این مساله هستند که ساختارهای سیستم های عصبی جایگزین چگونه میتوانند عملکردهایی مشابه سیستم های عصبی در انسان از قبیل کنترل حرکت را داشته باشند.
در یک تحقیق اخیر که در نشریه «بیولوژی اکنون» (Current Biology) منتشر شده است، هیل و همکاران او یک خصوصیت جدید و شگفت آور در سیستم عصبی هشت‌پا کشف کردند:یک ساختار که به رشته های عصبی درون ماهیچه ای (intramuscular) اجازه می دهد تا بازوها را به طرف های مخالف (بدن) حیوان مرتبط سازد.
این کشف اعجاب انگیز بینش های جدیدی در مورد این مساله ایجاد می کند که گونه های حیوانی بی مهره چگونه بطور مستقل سیستم های عصبی پیچیده ایجاد کرده اند. این مساله همچنین میتواند الهام بخش مهندسی رباتیک و ابداع وسایل جدید خودکار زیرآبی باشد.
هیل گفت:ما در آزمایشگاه حس مکانیکی (mechanosensation) و حس عمقی (proprioception) و همچنین این را که چگونه حرکت و موقعیت اندام ها حس می شود، مطالعه می کنیم. از دیرباز باور بر این بوده که این رشته های عصبی درون ماهیچه ای( INCs) خودپذیر یا تحریک پذیر توسط تحریکات درونی (proprioceptive) هستند؛ بنابراین هدف جالبی برای کمک به پاسخگویی به نوع سوالاتی است که در آزمایشگاه ما مطرح می شود. تا الان کار زیادی روی آنها انجام نشده ولی آزمایش های گذشته نشان داده است که آنها برای کنترل بازو مهم هستند.
هیل و تیم تحقیقاتی او از اختاپوس های جوان برای این مطالعه استفاده کردند که به اندازه ای کوچک بودند که به محققان اجازه می داد از پایه هر هشت بازو به طور همزمان تصویربرداری کنند. این به تیم تحقیقاتی اجازه داد رشته های عصبی درون ماهیچه ای را از طریق بافت ردیابی کنند تا مسیر آن ها تعیین شود.
«آدام کاسپالو» محقق ارشد دانشگاه شیکاگو و از دست اندرکاران اصلی این مطالعه گفت: این اختاپوس ها تقریباً به اندازه یک نیکل (سکه کوچک) یا شاید یک چهارم (سکه ۲۵ سنتی) بودند بنابراین فرآیندی برای ضمیمه کردن نمونه ها در جهت درست و به دست آوردن زاویه درست در طول برش (برای تصویربرداری) بود.
این تیم تحقیقاتی در ابتدا به بررسی طناب های عصبی محوری بزرگتر در بازوها پرداخت اما متوجه شدند که رشته های عصبی درون ماهیچه ای در قاعده بازو متوقف نمی شوند بلکه به خارج از بازو و داخل بدن حیوان ادامه می دهند. با درک این که کار کمی برای کشف آناتومی رشته های عصبی درون ماهیچه ای انجام شده است ، آنها شروع به ردیابی اعصاب کردند و انتظار داشتند که حلقه ای شبیه به طناب های عصبی محوری در بدن اختاپوس تشکیل دهند.
این محققان از طریق تصویربرداری تشخیص دادند که حداقل دو تا از چهار رشته عصبی درون ماهیچه ای علاوه بر طول هر بازو به داخل بدن اختاپوس کشیده میشوند، جایی که دو بازوی مجاور را دور زده و با رشته های عصبی بازوی سوم ادغام می شوند. این الگو به این معنی است که همه بازوها بطور سیستماتیک به هم متصل هستند.
با این حال، تعیین این که چگونه این الگو در هر هشت بازو حفظ می شود، چالش برانگیز بود. هیل گفت: زمانی که در حال تصویربرداری بودیم متوجه شدیم که همه آن ها آنطور که ما انتظار داشتیم جمع نمی شوند، به نظر می رسید که همه آنها در جهت های متفاوتی حرکت می کنند و ما سعی کردیم بفهمیم که اگر این الگو برای همه بازوها وجود داشته باشد، چگونه کار خواهد کرد.
نتایج این تحقیقات به هیچ وجه آن چیزی نبود که محققان انتظار آن را داشتند. هیل افزود:ما فکر می کنیم این یک طراحی جدید برای سیستم عصبی مبتنی بر اندام است. ما چنین چیزی را در حیوانات دیگر ندیده ایم.
محققان هنوز نمی دانند که این طراحی آناتومیک چه کارکردی ممکن است داشته باشد اما ایده هایی در این زمینه دارند. به گفته هیل، ممکن است این اعصاب اجازه کنترل غیرمتمرکز بر واکنش یا رفتار انعکاسی را بدهند. همچنین ممکن است تداوم بازخورد حس عمقی (proprioceptive) و کنترل حرکتی (موتور) را در امتداد طول خود فراهم کنند.
این تیم تحقیقاتی در حال حاضر در حال انجام آزمایش هایی هستند تا ببینند آیا می توانند با بررسی فیزیولوژی رشته های عصبی درون ماهیچه ای و طرح بندی منحصربه فرد آنها، بینشی در مورد این مساله به دست آورند. آنها همچنین در حال مطالعه سیستم عصبی سایر سرپایان (cephalopods) از جمله ماهی مرکب (squid) و کیسه ماهی (cuttlefish) هستند تا ببینند آیا آناتومی مشابهی دارند یا خیر.
نتیجه
در نهایت، هیل معتقد است که علاوه بر روشن کردن شیوه های عجیب و غیرمنتظره طراحی سیستم عصبی در گونه های بی مهرگان، شناخت این سیستم ها میتواند به توسعه فناوری های مهندسی شده جدید مانند ربات ها کمک کند.
- 13
- 2
