مگس سرکه ملانوگاسترمگس میوه معمولی، به یک معنا فقط یک موجود است. اما در برخی دیگر آنقدر پیچیده است که مانند هر شکل دیگری از زندگی، ما فقط سطح درک آن را خراش می دهیم. اما محققان گام بزرگی با مگس سرکه برداشته‌اند و دقیق‌ترین اما دیجیتالی‌ترین دوقلو را ایجاد کرده‌اند – حداقل برای نحوه حرکت و تا حدودی چرایی آن.
NeuroMechFly، همانطور که محققان EPFL مدل جدید خود را نامیده اند، یک “مدل بیومکانیکی مورفولوژیکی واقعی” است که بر اساس اسکن دقیق و مشاهده دقیق مگس های واقعی است. نتیجه یک مدل سه بعدی و سیستم حرکتی است که وقتی از شما خواسته می شود کارهایی مانند دور زدن یا پاسخ به برخی محرک های اساسی را انجام دهد، تقریباً شبیه یک مگس واقعی است.
برای روشن بودن، این یک شبیه‌سازی سلول به سلول کامل نیست که در چند سال اخیر با میکروارگانیسم‌های بسیار کوچک‌تر شاهد پیشرفت‌هایی بوده‌ایم. این گرسنگی، بینایی، یا هر رفتار پیچیده ای را شبیه سازی نمی کند – حتی نحوه پروازش، بلکه فقط نحوه راه رفتن روی سطح و حفظ آن را شبیه سازی می کند.
می‌پرسی چه چیزی در آن سخت است؟ خوب، این یک چیز است که این نوع حرکت یا رفتار را به هم نزدیکتر کنیم و یک پرواز سه بعدی کوچک بسازیم که کم و بیش شبیه به یک پرواز واقعی حرکت کند. انجام دقیق این کار در یک محیط کاملاً فیزیکی شبیه سازی شده، از جمله یک اسکلت بیرونی دقیق، ماهیچه ها و یک شبکه عصبی مشابه با مگسی که آنها را کنترل می کند، کار دیگری است.
برای ساخت این مدل بسیار دقیق، آنها با سی تی اسکن مگس شروع کردند تا یک شبکه سه بعدی مورفولوژیکی واقعی ایجاد کنند. آنها سپس از مگسی که تحت شرایط بسیار کنترل شده راه می رفت عکس گرفتند و حرکات پاهایش را بسیار دقیق دنبال کردند. بخش ها، پروبوسیس، آنتن ها، هالترها، که آخرین آنها نوعی اندام حسی است که در طول پرواز کمک می کند.
اعتبار تصویر: پاوان رامجا (EPFL)
آنها نشان دادند که با انتقال حرکات دقیق مگس مشاهده شده به یک محیط شبیه سازی و بازتولید آنها با مگس شبیه سازی شده کار می کنند – حرکات واقعی به درستی بر روی حرکات مدل ترسیم شده اند. آنها سپس نشان دادند که می توانند راه رفتن ها و حرکات جدیدی را بر اساس آنها ایجاد کنند و به مگس اجازه دهند سریعتر یا ثابت تر از آنچه مشاهده کرده بودند بدود.
اعتبار تصویر: پاوان رامجا (EPFL)
نه اینکه آنها طبیعت را دقیقاً بهبود می بخشند، بلکه فقط نشان می دهند که شبیه سازی حرکت مگس به نمونه های شدیدتر دیگر نیز گسترش می یابد. مدل آنها حتی در برابر پرتابه های مجازی نیز قوی بود … همانطور که در انیمیشن بالا مشاهده می کنید.
این موارد اعتماد ما را نسبت به مدل ایجاد کرده است. پاوان رامجا از EPFL، که رهبری گروه سازنده شبیه ساز (و دیگران) را برعهده دارد، گفت: اما ما بیشتر علاقه مندیم که وقتی شبیه سازی نمی تواند رفتار حیوانات را بازتولید کند و به راه هایی برای بهبود مدل اشاره می کند. مگس سرکه-مدل های متصل). دیدن جایی که شبیه سازی آنها خراب می شود، نشان می دهد که کجا باید انجام شود.
در خلاصه مقاله‌ای که هفته گذشته در Nature Methods منتشر شد، آمده است: «NeuroMechFly می‌تواند درک ما را از نحوه رفتار ناشی از تعاملات بین سیستم‌های عصبی مکانیکی پیچیده و محیط فیزیکی آنها بهبود بخشد». با درک بهتر چگونگی و چرایی حرکت مگس به روشی که حرکت می‌کند، می‌توانیم سیستم‌هایی را که زیربنای آن حرکت می‌کنند، بهتر درک کنیم و بینش‌هایی در زمینه‌های دیگر ارائه کنیم (مگس‌های میوه جزو پرکاربردترین حیوانات آزمایشی هستند. ). و البته، اگر بخواهیم به دلایلی یک مگس مصنوعی بسازیم، قطعاً دوست داریم ابتدا بدانیم چگونه کار می کند.
اگرچه NeuroMechFly به نوعی پیشرفت بزرگی در زمینه شبیه سازی زندگی دیجیتالی است، اما همچنان (همانطور که سازندگان آن اولین کسانی بودند که اعتراف کردند) بسیار محدود است و تنها بر فرآیندهای فیزیکی خاص و نه بر بسیاری از جنبه های دیگر بدن کوچک تمرکز می کند. و توجه داشته باشید. که الف مگس سرکه آ مگس سرکه. می‌توانید کد را بررسی کنید و شاید به GitHub یا Code Ocean کمک کنید.