果蝇，俗称果蝇，一直是众多生物医学和神经科学研究的焦点，因为它们很容易培育、检查和实验。多年来，对果蝇的研究带来了许多令人兴奋的发现，为新药物以及飞行机器人和其他技术的开发铺平了道路。

华盛顿大学、贝勒医学院、哈佛医学院、西安大略大学和其他研究所的研究人员最近在这些微小昆虫中发现了新的机械和生物过程，这些过程支持它们感知自己在空间中的位置和运动的能力，称为本体感觉。这篇发表在《神经元》杂志上的论文可能对未来的生物和机器人研究产生有价值的影响。

“在之前的一篇论文中，我们发现果蝇腿中的本体感觉神经元可以检测关节运动的不同方面，例如位置、运动和振动，”进行这项研究的研究人员之一约翰·塔西尔(JohnTuthill)告诉MedicalXpress。

“合乎逻辑的下一步是确定这些机械耦合到同一关节的不同感觉神经元如何检测不同的刺激。在本文中，我们考虑了两个替代假设：(1)每个本体感受器类别表达不同的机械感觉离子通道，检测不同的刺激或(2)由于生物力学的专门化，每个本体感受器类别都受到不同的机械力。”

为了检验他们的假设，塔希尔和他的同事分析了哈佛医学院的一组合作者之前收集的数据。这些数据包括使用称为X射线全息纳米断层扫描的成像方法拍摄的果蝇腿部图像。

股骨脊索器官的生物力学模型，股骨脊索器官是果蝇腿部最大的本体感觉器官。图片来源：伊戈尔·西瓦诺维奇。

“当我们在WeiChungLee实验室的合作者在X射线同步加速器中对苍蝇腿进行成像时，第一个突破出现了，”Tuthill解释道。“根据他们编制的数据集，我们能够重建所有本体感受器和肌腱，这表明不同类别的感觉神经元以不同的方式附着在胫骨关节上。这使我们能够建立一个生物力学模型来了解它们的机械结构当腿部移动时受到刺激。”

在编制了果蝇腿部的生物力学模型后，研究人员使用钙成像(一种可用于跟踪神经元随时间变化的活动的显微镜技术)测试了其预测。他们专门使用这种光学技术来检查果蝇胫骨移动时腿部本体感受器神经元的活动。

“首先，我们在苍蝇腿上发现了一个优雅的机械装置，称为弓，它有效地将关节运动分成高频和低频，并将其路由到不同的本体感受器，”塔希尔说。“其次，我们发现果蝇腿中的本体感觉神经元编码关节角度的地形图。其他感觉阵列，如视网膜和耳蜗，也包含地形图，但这是我们第一次听说本体感觉图。”

塔希尔和他的同事们发现，这种复杂的机械部件在昆虫的本体感觉中发挥着关键作用。未来，机器人专家可以尝试在机器人系统中人为地复制这个组件，以增强它们感知自身位置、身体和周围环境运动的能力。

与此同时，果蝇的腿编码其周围环境的地形图的过程的发现可以为更多的生物学研究提供信息。具体来说，其他团队可以尝试在其他动物中发现类似的过程。

“我们的下一个目标之一是使用像这样的解剖重建来构建更大、更准确的肢体生物力学模型，该模型可用于模拟与环境的机械相互作用，”塔希尔补充道。“例如，我们可以模拟行走过程中特定肌肉收缩时腿部如何移动，以及本体感受器如何感知这些运动。”

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