11、行为机制与学习发育：从神经模拟到生物现实

行为机制与学习发育：从神经模拟到生物现实

1. 行为机制中的运动控制模拟

在对生物行为的研究中，昆虫行走的模拟是一个有趣的案例。研究人员模拟了昆虫的行走过程，该模拟包含三个关键部分。首先是模拟昆虫的结构，当昆虫的重心落在支撑点形成的多边形内时，它能保持稳定，否则就会摔倒，其移动由所有腿对地面施加的力的总和决定。其次，用于控制单条腿的神经网络接收来自本体感受器的输入，该感受器测量腿与身体之间的角度，网络输出则发送到腿部肌肉和其他网络。最后，控制六条腿的六个网络相互连接，网络权重通过模拟进化设置，以快速行走作为适应度标准，最终实现了高效的三脚架步态，即六条腿协调成两组，每组三条腿，两组交替推动，这种步态在快速移动的昆虫中很常见。

除了昆虫行走，其他生物的运动系统也得到了深入研究。例如，七鳃鳗通过脊髓产生神经活动的行波，使身体从前到后波动，从而推动自身前进，基于详细的神经生理模型，人们对这种行波的产生以及如何调节以实现转向和不同速度的移动有了很好的理解。此外，蟑螂的行走和逃跑、蟾蜍和青蛙的猎物捕捉以及水蛭的游泳等系统也都有相关研究。

2. 神经系统损伤的后果

与人类工程产品不同，神经系统通常对有限的损伤具有一定的抵抗力。例如，与电视或计算机程序相比，神经系统在受到损伤时，其性能可能相对不受影响。小型生物神经网络虽然容易受到损伤，但往往具有再生能力，如池塘蜗牛的呼吸中枢模式发生器仅由三个神经元组成，即使所有连接都被切断，电路仍能恢复。然而，小型神经系统对损伤较为敏感，因为每个神经元和突触都起着重要且独特的作用。

大型神经系统则表现出不同程度的冗余性，工作负载由许多功能相似的神经元分担，这对其鲁棒性至关重要。此外，神经系统不会被动接受损伤，即使无