日本东北大学电气通信研究所的石黑章夫教授、加纳刚史副教授和安井浩太郎，与瑞士洛桑联邦理工学院的Auke J. Ijspeert教授、加拿大渥太华大学的Emily M. Standen副教授和日本北海道大学电子科学研究所的青沼仁志副教授组成的研究团队，着眼于蜈蚣往来于水陆之间时的“移动方式”，查清了适应环境形成“合理”运动模式的控制机理。
一般来说，动物通过灵活形成适应环境的运动模式，能在各种环境中移动。其中尤其令人感兴趣的，是在陆地上协调多条腿移动，而在水中弯曲身体游动的动作（以下称这种动作为“水陆两栖运动”）。充分利用身体，巧妙适应不同环境的水陆两栖运动功能在很多动物身上都存在，比如某些种类的蜥蜴和鱼等。不过，此前一直不清楚这种水陆两栖运动是通过什么控制机制实现的。
为搞清楚这个问题，本次研究着眼于少棘蜈蚣的水陆两栖运动。少棘蜈蚣在陆地上协调多条腿的动作移动，而在水中则收回所有的腿，像蛇一样摆动身体游动（图1）。
图1：在爬行和游动模式之间切换时。在水中（各图片左侧）收回所有腿，弯曲身体前进，随着靠近陆地（各图片右侧），变成了协调多条腿移动。
少棘蜈蚣拥有结构相同的体节以一维状长长连接的身体结构，便于观察在爬行和游动之间切换的情形。另外，部分切断神经等侵袭性实验也相对比较容易实施。因此可以说是非常适合调查水陆两栖运动机制的模型生物。
研究首先观察了少棘蜈蚣在水陆之间移动时是如何切换爬行和游动模式的。另外，还观察了切断其身体中央附近的神经时，运动模式会如何变化。这些行动观察结果表明，少棘蜈蚣拥有像传话游戏一样的控制机制，即“大脑发出的运动指令会依次从头部传到尾部，但如果某条腿受到了来自地面的力，就会覆盖从头部传达过来的指令，变更为爬行运动”（图2）。研究团队用算式表达了这种机制，并通过模拟成功再现了行动观察结果。
图2：行动观察结果表明的控制机制。身体各部位可以选择“爬行”还是“游动”。大脑发出“游动”指令后，该指令便像传话游戏一样从头部传到尾部。但如果某条腿触碰到地面，该部位的指令就会被“爬行”覆盖掉，传递给后面的都是“爬行”指令。
利用该成果有望查清动物适应环境灵活切换运动模式的机制。另外，还有助于实现无论在陆地上还是水中都能自由移动、环境适应能力比较高的机器人。
相关研究成果已于2019年12月2日发布在英国科学期刊《科学报告》（Scientific Reports）的网络版上。
发表论文
■论文名称：Decoding the essential interplay between central and peripheral control in adaptive locomotion of amphibious centipedes
期刊：《Scientific Reports》
文：JST客观日本编辑部翻译整理
