蝾螈为脊髓再生提供了一个模型

“蝾螈是独一无二的，因为它们是唯一一种能够再生完整功能的脊髓的四足动物，”EPFL生物机器人实验室的负责人Auke Ijspeert说。在受伤后，这些两栖动物能够“神奇地”再生它们的脊髓和恢复运动。

由Ijspeert和András Simon(瑞典卡罗林斯卡学院的教授)，以及Dimitri Ryczko(加拿大Université de Sherbrooke的运动控制实验室的助理教授)领导的一组科学家，正在通过一个刚刚获得欧洲研究委员会(European Research Council)协同拨款的项目来研究这一过程是如何运作的。

破译神经机制

科学家们计划将基因组学，神经科学，计算机建模以及生物机器人技术来破解支撑脊髓再生的神经机制。Ryczko说:“蝾螈的神经系统具有与哺乳动物相同的功能元素，但结构相对简单。”“这使得蝾螈成为研究脊椎动物运动控制网络的理想动物。”

他们的研究还旨在更好地了解运动过程中中枢神经系统和外周神经系统是如何相互作用的。“脊髓是中枢神经系统的一部分，充当着运动的控制室，”Ijspeert说。科学家们已经观察到孤立的脊髓中的神经网络是如何自行振荡并提供正确的运动指令的。“这令人惊讶，因为这意味着脊髓自动知道它应该向肌肉发送什么信号来调节它们的运动，而不需要来自身体其他部位的输入。”但在控制室里的并不只有脊髓。周围神经系统也在那里，将身体周围的感觉信息传递给中枢神经系统，并参与运动控制。研究小组认为，这种冗余，以及蝾螈身体与周围环境之间的物理互动，在功能恢复过程中起着重要作用。

跨学科研究的好处

为了验证他们的假设，科学家们将结合他们各自领域的专业知识。Ryczko将利用他对运动控制的生物机制的知识来研究神经网络是如何构建的。他将使用光遗传学——一种让神经元对光更敏感，然后刺激特定类型神经细胞的方法——来测量脊髓损伤前后的神经元活动。神经再生专家西蒙对蝾螈的基因组进行了分析;他将提供Ryczko工作所需的光遗传工具，并研究再生神经网络的分子特性。

最后，Ijspeert和他的团队将开发神经网络的计算机模型，并提供生物机器人方面的专业知识，这样不仅可以通过仿真来测试模型，还可以在蝾螈机器人的增强版上进行测试。“我们将为机器人创造一种触觉皮肤，”Ijspeert说。“由于很难模拟蝾螈的身体与周围的沙子、水、泥浆等环境的相互作用，我们将用机器人来复制它们。”这将向我们展示动物的环境如何影响它的运动，并为我们了解身体与神经系统之间的相互作用提供有价值的见解。”

弥合差距

Simon补充道:“蝾螈是唯一一种同时拥有四足动物运动回路和再生神经元能力的脊椎动物。蝾螈的进化位置为我们提供了一个独特的机会，将可再生但没有腿的脊椎动物，如鱼，和不可再生的陆地哺乳动物的发现联系起来。”

虽然这个项目主要集中在基础研究，但Ijspeert仍然在他的领域看到了潜在的应用。他说:“我们希望有一天，健壮的机械和再生的概念可以转移到机器人技术中，这样工程师就可以制造出容错的机器，即使电子和机械硬件受到损坏，也能继续工作。”