果蝇在微型跑步机上行走有助于科学家了解神经系统如何使动物在不可预测的复杂世界中移动。8月30日的《当代生物学》杂志报道了使用这些果蝇大小的跑步机所获得的见解。在线研究论文中提供了几段果蝇在跑步机上奔跑的视频供您观看。主要作者是BrandonG.Pratt，他是西雅图华盛顿大学医学院生理学和生物物理学博士毕业生，也是美国国家科学基金会研究生研究员。

他以华盛顿大学机械工程专业校友马克斯·莫尔(MaxMauer)设计的原型为基础，用廉价零件设计出了这些小型机器。

普拉特和他的研究同事解释说，包括昆虫和人类在内的行走动物必须识别并迅速应对脚下的意外变化。如果动物无法做到这一点，那么行走几乎是不可能的，而且很可能会因跌倒而受伤。

神经系统如何检测这些意外事件并控制身体在运动过程中恢复平衡?华盛顿大学生理学和生物物理学系JohnTuthill的实验室正在探索这个问题，Tuthill是该系的副教授，Pratt进行了他的博士研究。实验室同事Su-YeeJ.Lee和GrantM.Chou也参与了这个项目。

塔希尔的实验室研究本体感受：身体如何持续感知其关节和运动。疾病、受伤和其他因素会影响人类和动物协调身体的能力，并妨碍他们完成一些简单的任务，例如拿一杯水或走几步。

研究本体感觉在运动过程中失衡时如何控制身体是神经科学家面临的一项基本挑战。实验中对本体感觉的干扰会抑制动物的行为，从而阻碍研究本体感觉在步行等自然活动中的作用。

从历史上看，跑步机在神经系统受到干扰后有效地重新点燃了动物行走的欲望。跑步机有助于深入了解蟑螂和竹节虫等无脊椎动物(没有脊椎的动物)以及啮齿动物、猫和人类等脊椎动物对行走和跑步的神经控制。

分体式跑步机有两条独立移动的皮带。研究人员利用它们来研究当身体左侧的腿与右侧的腿以不同的速度移动时，腿部之间的协调性如何适应。这些跑步机在评估中风患者方面发挥了临床作用。

这两种跑步机系统都启发了Tuthill实验室的研究人员设计微型版本来研究果蝇的运动。这些微小的生物是研究运动神经控制的良好模型系统，因为它们具有紧凑、完全映射的神经系统。此外，一套基因工具使科学家能够对果蝇神经系统进行精确和具体的操作。

Tuthill实验室的线性跑步机系统可强迫苍蝇行走，并允许进行长期3D跟踪。研究人员能够分析本体感觉受损和正常情况下苍蝇在不同速度下的行走情况。

在跑步机上，果蝇以爆发式的速度行走，冲刺到跑步机室的前面，然后骑着传送带跑到后面。它们大约有一半的时间在行走。当传送带移动时，它们也会加快速度。就像人类和蟑螂一样，它们走得越快，身高也就越高。通过在实验中使用跑步机，研究人员获得了有史以来果蝇最快的步行速度。

研究人员指出：“它们的瞬时步行速度能够超过每秒50毫米。”

研究人员还通过基因手段沉默了本体感受神经元，并让昆虫在直线跑步机上跑步。没有这种感觉反馈，苍蝇的步数会更少但步幅更大。令人惊讶的是，它们的腿部协调似乎并未受到影响——也许是因为其他本体感受神经元对于协调行走更为重要，或者神经系统可能已经弥补了反馈的缺失。

科学家发现，分体式跑步机对双腿之间的协调性影响不大。然而，当两条跑步机以不同的速度移动时，苍蝇会显著改变中间腿的步距。研究人员认为，在旋转扰动的情况下，苍蝇会调整步幅以继续直线行走。

研究人员解释说：“中间的腿的位置非常理想，可以让苍蝇的身体稳定地绕着重心旋转，就像从中心划船一样。”

科学家们指出，“这些见解说明了跑步机如何填补自由行走和束缚准备之间的重要空白，用于研究苍蝇运动的神经和行为机制。”

研究人员已将这些微型跑步机系统的软件和硬件设计作为免费开源软件提供给同行科学家。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：