Animals such as reptiles, amphibian

Animals such as reptiles, amphibians and mammals (including humans) are mechanically extremely complex. It has been estimated that the human body has between 500 and 1400 degrees of freedom! And yet, these animals can generate an infinite variety of very precise, complicated and goal-directed movements in continuously changing and uncertain environments. Understanding how this is achieved is of great interest to both biologists and engineers.

There are essentially two questions that must be addressed: (1) What type of control strategy is used to handle the large number of degrees of freedom involved? and (2) How is this strategy instantiated in the substrate of neural and musculoskeletal elements comprising the animal bodies? The first question has been studied intensively for several decades, providing strong indications that, rather than using standard feedback control based on continuous tracking of desired trajectories, animals’ movements emerge from the controlled combination of pre-configured movement primitives or synergies. These synergies represent coordinated activity patterns over groups of muscles, and can be triggered as a whole with controlled amplitude and temporal offset. Complex movements can thus be constructed from the appropriate combination of a relatively small number of synergies, greatly simplifying the control problem.

Although experimental studies on animal movements have confirmed the existence of motor synergies, and their utility has been demonstrated in the control of fairly complex robots, their neural basis remains poorly understood. In this paper, we introduce a simple but plausible and general neural model for motor synergies based on the principle that these functional modules reflect the structural modularity of the underlying physical system. Using this model, we show that a small set of synergies selected through a redundancy-reduction principle can generate a rich motor repertoire in a model two-jointed arm system. We investigate the synergies generated by this model systematically with respect to various parameters, and compare them to those observed in experiments.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

สัตว์ เช่นสัตว์เลื้อยคลาน สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (รวมทั้งมนุษย์) มีกลไกมากซับซ้อน ได้ประเมินว่า ร่างกายมนุษย์มีระหว่าง 500 และ 1400 องศาความเป็นอิสระ และยัง สัตว์เหล่านี้สามารถสร้างความหลากหลายไม่สิ้นสุดการเคลื่อนไหวมากได้อย่างแม่นยำ ซับซ้อน และ ตรงเป้าหมายในการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องและสภาพแวดล้อมที่ไม่แน่นอน เข้าใจว่านี่คือความสำเร็จเป็นที่น่าสนใจมากทั้งชีววิทยาและวิศวกรมีหลักสองคำถามที่ต้องพิจารณา: (1) ใช้ชนิดการควบคุมการจัดการขององศาความอิสระที่เกี่ยวข้องหรือไม่ และ (2) การเป็นกลยุทธ์นี้สร้างอินสแตนซ์ในพื้นผิวขององค์ประกอบของระบบประสาท และกล้ามเนื้อประกอบด้วยเนื้อสัตว์ คำถามแรกที่ได้รับการศึกษามาหลายทศวรรษ เข้มให้แข็งแรงสรรพคุณที่ แทนที่ใช้ควบคุมมาตรฐานความคิดเห็นตามที่ติดตามต่อเนื่องของทีมที่ต้องการ ความเคลื่อนไหวของสัตว์เกิดจากชุดควบคุม primitives เคลื่อนไหวที่กำหนดไว้ล่วงหน้าหรืออย่างนี้ อย่างนี้แสดงถึงรูปแบบการประสานงานกิจกรรมกลุ่มของกล้ามเนื้อ และจะทริกเกอร์ทั้งหมดควบคุมคลื่นและขมับออฟเซต จึงสามารถสร้างการเคลื่อนไหวจากการรวมจำนวนค่อนข้างแยบยล ช่วยลดความซับซ้อนปัญหาควบคุมที่เหมาะสมแม้ว่าการศึกษาทดลองการเคลื่อนที่สัตว์ได้รับการยืนยันการดำรงอยู่ของมอเตอร์อย่าง และประโยชน์ใช้สอยถูกแสดงในตัวควบคุมของหุ่นยนต์ที่ค่อนข้างซับซ้อน พื้นฐานระบบประสาทของพวกเขายังคงไม่เข้าใจ ในกระดาษนี้ เราแนะนำรูปแบบระบบประสาทง่าย แต่เป็นไปได้ และทั่วไปสำหรับมอเตอร์อย่างยึดตามหลักการที่ว่า โมทำงานเหล่านี้สะท้อนให้เห็นถึงต้นแบบโครงสร้างของระบบทางกายภาพพื้นฐาน เราใช้รุ่นนี้ แสดงว่า ชุดเล็กที่แยบยลที่เลือกผ่านหลักการลดความซ้ำซ้อนสามารถสร้างละครมอเตอร์ที่สมบูรณ์ในระบบสะพานประเภทเดียวสองแขนรุ่น เราตรวจสอบอย่างที่สร้างขึ้น โดยรุ่นนี้เป็นระบบเกี่ยวกับพารามิเตอร์ต่าง ๆ และเปรียบเทียบกับผู้สังเกตในการทดลอง

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

สัตว์เช่นสัตว์เลื้อยคลานครึ่งบกครึ่งน้ำและสัตว์ (รวมทั้งมนุษย์) เป็นกลไกที่ซับซ้อนมาก มีการประเมินว่าร่างกายมนุษย์มีระหว่าง 500 และ 1,400 องศาอิสระ! และยังสัตว์เหล่านี้สามารถสร้างความหลากหลายไร้ขีด จำกัด ของความแม่นยำมากที่มีความซับซ้อนและการเคลื่อนไหวของเป้าหมายในการกำกับการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องและสภาพแวดล้อมที่ไม่แน่นอน ทำความเข้าใจวิธีการนี้จะประสบความสำเร็จเป็นที่น่าสนใจมากทั้งนักชีววิทยาและวิศวกร. มีเป็นหลักสองคำถามที่ต้อง (1) ประเภทของกลยุทธ์การควบคุมจะใช้ในการจัดการกับจำนวนมากขององศาอิสระเกี่ยวข้อง? และ (2) กลยุทธ์นี้ instantiated เป็นวิธีการในพื้นผิวขององค์ประกอบของระบบประสาทและกล้ามเนื้อร่างกายที่ประกอบไปด้วยสัตว์? คำถามแรกที่ได้รับการศึกษาอย่างเข้มงวดสำหรับหลายทศวรรษให้ข้อบ่งชี้ที่แข็งแกร่งที่มากกว่าการใช้มาตรฐานการควบคุมความคิดเห็นบนพื้นฐานของการติดตามอย่างต่อเนื่องของลูกทีมที่ต้องการการเคลื่อนไหวของสัตว์โผล่ออกมาจากการรวมกันของการควบคุมการเคลื่อนไหวพื้นฐานที่กำหนดไว้ล่วงหน้าหรือการทำงานร่วมกัน การทำงานร่วมกันเหล่านี้เป็นตัวแทนประสานงานรูปแบบกิจกรรมมากกว่ากลุ่มของกล้ามเนื้อและสามารถเรียกโดยรวมที่มีความกว้างและควบคุมชดเชยชั่วขณะ การเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนจึงสามารถถูกสร้างขึ้นจากการรวมกันที่เหมาะสมของจำนวนที่ค่อนข้างเล็กของการทำงานร่วมกันอย่างยิ่งการลดความซับซ้อนของปัญหาการควบคุม. ถึงแม้ว่าการศึกษาทดลองเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของสัตว์ที่ได้รับการยืนยันการดำรงอยู่ของการทำงานร่วมกันของมอเตอร์และสาธารณูปโภคของพวกเขาได้แสดงให้เห็นในการควบคุมของที่ค่อนข้างซับซ้อน หุ่นยนต์พื้นฐานของระบบประสาทของพวกเขายังคงเข้าใจ ในบทความนี้เราแนะนำรูปแบบของระบบประสาทที่เรียบง่าย แต่ที่เป็นไปได้และการทำงานร่วมกันทั่วไปของมอเตอร์อยู่บนพื้นฐานของหลักการที่ว่าโมดูลการทำงานเหล่านี้สะท้อนให้เห็นถึงโครงสร้างต้นแบบของระบบพื้นฐานทางกายภาพ โดยใช้แบบจำลองนี้เราแสดงให้เห็นว่าชุดเล็ก ๆ ของการทำงานร่วมกันคัดเลือกผ่านหลักการความซ้ำซ้อนลดสามารถสร้างละครมอเตอร์อุดมไปด้วยรูปแบบของระบบแขนสองปล้อง เราจะตรวจสอบการทำงานร่วมกันที่สร้างขึ้นโดยรุ่นนี้เป็นระบบที่เกี่ยวกับพารามิเตอร์ต่างๆและเปรียบเทียบกับที่พบในการทดลอง