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PNAS:粘菌利用空间记忆在复杂环境中导航

2012-10-11 17:05 Chris R. Reid PNAS 阅读 0
核心摘要: 一项PNAS研究揭示,缺乏中枢神经系统的粘菌——多头绒泡菌,通过分泌细胞外粘质形成外部化空间记忆,从而在复杂环境中高效导航。这种机制类似于自主移动机器人的导航策略,且显著提高了觅食成功率。研究认为,这可能是高等生物记忆进化的早期步骤,为理解无神经系统的生物行为及机器人算法设计提供了新见解。

一项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的研究报告指出,一种名为多头绒泡菌(Physarum polycephalum)的粘菌能够利用一种空间记忆系统在复杂环境中导航,其方式类似于自主移动机器人所使用的策略。

Chris R. Reid及其同事测试了多头绒泡菌是否存在空间记忆系统。此前,在缺乏中枢神经系统的生物中,尚未有研究报道过这类系统。多头绒泡菌在移动时会留下半透明的粘质厚垫,研究人员提出假说认为,这种细胞外粘质充当了一种外部化的空间记忆系统,帮助粘菌识别并避免已经探索过的区域。

为了验证这一假说,研究团队设计了一个U形陷阱问题——这是自主导航机器人常用的测试方法。粘菌需要绕过U形障碍物,到达一个化学吸引物(食物)目标。当多头绒泡菌能够利用细胞外粘质判断自己曾到过的地方时,它们到达食物目标的成功率显著更高,且用时更短。相反,无法使用外部化空间记忆的粘菌,在通过先前探索过的区域时,所需时间几乎是前者的10倍。

研究人员指出,外部化空间记忆极大地改善了多头绒泡菌在复杂环境中的导航能力,这可能代表了高等生物记忆进化的早期步骤。这一发现为理解无神经系统的生物如何实现复杂行为提供了新视角,同时也为机器人导航算法的设计提供了生物灵感。

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