Los investigadores han descubierto que la coordinación de la cabeza, el cuerpo y los ojos se conserva en todo el reino animal.

Los investigadores suspendieron la mosca de la fruta de un alfiler y un imán y proyectaron imágenes de lo que el insecto vería en vuelo en pantallas LED, haciendo que se moviera como si volara libremente. Al hacerlo, pudieron rastrear los movimientos de la cabeza y el cuerpo de la mosca en respuesta a estímulos rápidos y lentos. Crédito: Kilby Hawkrether/Penn State

Las moscas de la fruta sincronizan los movimientos de su cabeza y cuerpo para estabilizar efectivamente su visión y volar, según investigadores de Penn State que utilizaron simuladores de vuelo de realidad virtual. Los investigadores dicen que los hallazgos son válidos en primates y otros animales, lo que sugiere que los animales evolucionaron para mover sus ojos y cuerpos de forma independiente para conservar energía y mejorar el rendimiento. Esta comprensión podría informar el diseño de robots móviles avanzados, según el investigador principal Jean-Michel Mongo, profesor asistente de ingeniería mecánica.


Los investigadores publicaron sus hallazgos en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

“Descubrimos que al controlar la mirada, moscas de la fruta reducir Gasto de energía y mayor rendimiento de vuelo”, dijo Mungo. Con esta información de formato, desarrollamos un archivo . Modelo matemático que predice con precisión una sincronización similar en [other] Animales visualmente activos.

Los investigadores utilizaroncámaras rapidas Para grabar una mosca de la fruta rodeada de pantallas de video LED en las que los investigadores mostraron imágenes de lo que la mosca podía ver en vuelo, creando una experiencia de realidad virtual inmersiva y haciendo que la mosca se moviera como si volara libremente.

“Cuando una mosca se mueve, se coordina presidente«Desde las alas y el cuerpo hasta volar por el aire, evitar a los depredadores o buscar comida. Estábamos interesados ​​en estudiar cómo las moscas coordinan estos movimientos, y lo hicimos simulando el vuelo en realidad virtual», dijo Mungo.

En respuesta al movimiento visual lento y rápido en el simulador de vuelo VR, la mosca movió la cabeza y el cuerpo a diferentes velocidades. Los investigadores tomaron medidas y rastrearon los movimientos de la cabeza de la mosca para determinar la dirección de su mirada, ya que sus ojos están fijos en su cabeza y no pueden moverse de forma independiente.

Este clip describe cómo los investigadores descubrieron moscas de la fruta y otros animales visualmente activos en el reino animal, sincronizando los movimientos de su cabeza y cuerpo para estabilizar su visión. Crédito: Facultad de Ingeniería de Penn State

«Encontramos que la cabeza de la mosca y movimientos corporales Eran complementarios, en el sentido de que el cuerpo se movía más durante un movimiento visual más lento, mientras que la cabeza se movía más durante un movimiento más rápido, dijo Mungo. «Trabajar el cuerpo y la cabeza juntos ayudó a estabilizar el vuelo de muy lento a muy rápido».

Probando más los conceptos, los investigadores fijaron la cabeza de la mosca y la colocaron en los mismos estímulos visuales. Descubrieron que la mosca no podía responder al movimiento visual rápido, lo que indica la ventaja de los movimientos complementarios del cuerpo y la cabeza.

«Descubrimos que trabajar la cabeza y el cuerpo juntos es beneficioso desde el punto de vista energético», dijo Mungo. «Debido a que la cabeza es más pequeña, tiene menos resistencia al movimiento o inercia, lo que significa que puede responder a movimientos rápidos, mientras que un cuerpo mucho más grande responde mejor a la cámara lenta. Ajustar estos dos componentes ahorra energía y aumenta el rendimiento no solo para volar, Pero también para otros animales».

Usar teoría del controluna rama de la ingeniería que se ocupa del diseño de sistemas de retroalimentación como el piloto automático, los investigadores compararon los resultados de los movimientos de la mosca con otros animales, incluido un estudio clásico de los movimientos de los primates.

  • Los investigadores han descubierto que la coordinación de la cabeza, el cuerpo y los ojos se conserva en todo el reino animal.

    Benjamin Chiellini (izquierda), candidato a doctorado en ingeniería mecánica en Penn State, fue el primer autor del estudio, mientras que Jean-Michel Mungo, profesor asociado de ingeniería mecánica en Penn State, fue el investigador principal. Crédito: Kilby Hawkrether/Penn State

  • Los investigadores han descubierto que la coordinación de la cabeza, el cuerpo y los ojos se conserva en todo el reino animal.

    Una mirada más cercana a las pantallas LED que los investigadores usaron para crear una experiencia de realidad virtual inmersiva para Drosophila. Crédito: Kilby Hawkrether/Penn State

«Usando el mismo modelo, observamos las proporciones de inercia de los ojos, la cabeza y el cuerpo en otras partes de los Estados Unidos. Reino animalincluyendo insectos, ratas y otras aves”, dijo Mungo. La forma en que las moscas mueven la cabeza y el cuerpo es muy similar a la forma en que los primates mueven la cabeza y los ojos, lo cual es notable ya que divergieron hace cientos de millones de años. »

Así como la cabeza es más ligera que el cuerpo, los ojos son más claros que la cabeza y consumen menos energía para moverse. Según Mungo, el movimiento independiente de los ojos y la cabeza es un signo de la transición del agua a la tierra en el registro fósil de los vertebrados.

«Con los vertebrados moviéndose del agua a la tierra hace más de 350 millones de años, el desarrollo de mecanismos para controlar los movimientos de la cabeza y los ojos podría haber tenido importantes beneficios evolutivos», dijo Mungo. Descubrimos que hay un archivo buen lugar en las proporciones del ojo, la cabeza y el cuerpo, lo que sugiere que la inercia puede ser una restricción importante en el desarrollo de la visión».

Los hallazgos de los investigadores se pueden utilizar para mejorar Eficiencia energética y rendimiento en robótica, según Benjamin Cellini, candidato a doctorado en ingeniería mecánica y primer autor del artículo.

“En robótica, los sensores generalmente se instalan in situ”, dijo Chiellini. «Pero en el reino animal, la detección y el movimiento están acoplados, con muchos sensores corporales moviéndose, como los ojos. Inspirándonos en la biología, podemos diseñar robots más eficientes energéticamente al hacer que los sensores basados ​​en la visión sean móviles».


Eye of the Fly: los investigadores revelan los secretos de ver moscas para un control rápido del vuelo


más información:
Benjamin Cellini et al, El control de retroalimentación complementario permite una estabilización efectiva de la mirada en animales, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (2022). DOI: 10.1073/pnas.2121660119

Muraso et al., Modificación de las características de agilidad durante los movimientos de cabeza, Investigación cerebral experimental (2004). DOI: 10.1007/BF00234475

La frase: Los investigadores (10 de mayo de 2022) descubren que la coordinación cabeza-cuerpo-ojo se conserva en todo el reino animal, consultado el 10 de mayo de 2022 en https://phys.org/news/2022-05-body-eye-animal-kingdom .html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Sin perjuicio de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.

READ  Plan COVID de Biden: los trabajadores federales deben informar el estado de la vacuna

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.