Decoding the essential interplay between central and peripheral control in adaptive locomotion of amphibious centipedes
Decoding the essential interplay between central and peripheral control in adaptive locomotion of amphibious centipedes
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解码两栖蜈蚣适应性运动中中枢和外周控制之间的基本相互作用
DOI：
10.1038/s41598-019-53258-3
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发表时间：
2019
影响因子：
4.6
通讯作者：
A.J.Ijspeert and A.Ishiguro
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
K.Yasui;T.Kano;E.M.Standen;H.Aonuma;A.J.Ijspeert and A.Ishiguro
两栖动物在陆地和水生环境之间转换时，会调整其身体协调性，以补偿基质特性的变化。通过对两栖蜈蚣 Scolopendra subspinipes mutilans 的行为实验和数学建模，我们揭示了下降命令（大脑）、局部模式生成以及在游泳和行走过程中控制腿部和身体运动的感觉反馈之间的相互作用。当蜈蚣在陆地和水中穿越时，细长且分段的身体表现出运动模式的逐渐转变。环境条件的变化会引发机械感觉反馈机制，从而引起局部节段的步态变化。在切断的神经索下游运行的身体部分（无下降控制）可以仅通过机械感觉输入产生行走，而游泳行为无法恢复。在数学模型中将游泳起始的下降控制与行走的感觉反馈控制相结合，成功地生成了蜈蚣运动的自适应行为，捕捉了动物灵活运动控制的可能机制。
Amphibious animals adapt their body coordination to compensate for changing substrate properties as they transition between terrestrial and aquatic environments. Using behavioural experiments and mathematical modelling of the amphibious centipede Scolopendra subspinipes mutilans, we reveal an interplay between descending command (brain), local pattern generation, and sensory feedback that controls the leg and body motion during swimming and walking. The elongated and segmented centipede body exhibits a gradual transition in the locomotor patterns as the animal crosses between land and water. Changing environmental conditions elicit a mechano-sensory feedback mechanism, inducing a gait change at the local segment level. The body segments operating downstream of a severed nerve cord (no descending control) can generate walking with mechano-sensory inputs alone while swimming behaviour is not recovered. Integrating the descending control for swimming initiation with the sensory feedback control for walking in a mathematical model successfully generates the adaptive behaviour of centipede locomotion, capturing the possible mechanism for flexible motor control in animals.
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