「タコの脚の複雑な動き」はどう制御されているか
Image: Noel Feans/Flickr
8つもの脚を連携させて動かすだけでも、タコの脳にとっては厄介なタスクのように思われる。だが本当に大変なのは、柔軟で無限可変式の脚の動作を制御することだろう。このほど、研究によってその秘密の一部が解明された。
タコの運動神経回路は、その体と同じくらい柔軟であるようだ。つまり、われわれヒトの場合は運動皮質の特定の部位が、体の特定の部位をつかさどる、という仕組みだが、タコの場合は、運動皮質のどの部位も、場合によって異なる体の部位を制御する。この仕組みは神経生理学上の可能性の上限を押し広げるものであり、柔軟な腕や脚を持つロボット設計の改善のヒントとなるかもしれない。
「タコの体は複雑で可変性なので、何か別の方法で制御系をまとめているのではないかとわれわれは考えた。そしてその通りのことが、この研究で分かった」と、イスラエルにあるヘブライ大学のBenny Hochner教授(神経生物学)は語る。同教授の論文は9月17日付(米国時間)で『Current Biology』誌に掲載された。
タコが自分の脚をどのように制御しているのかという問題は、10年以上にわたってHochner教授の研究テーマとなってきた。同教授は以前の研究の中で、一見複雑に見えるタコの動作も実際は、1つ1つはシンプルな動きを組み合わせたものにすぎないことを示すのに貢献している。
また、タコの動作の多くは大脳ではなく末梢神経に導かれており、言わば1本1本の脚にそれぞれ固有の脊髄があるような状態であることも、同教授は発見している。つまり、タコの大脳は全体的な指示のみを与え、細部は個々の脚が計算する。このやり方は、すべての計算を大脳だけで行なう仕組みよりもずっとシンプルだ。
タコの体の制御系は「われわれの体よりもずっと自由度の高い構造に適している。われわれの体は、関節のある骨を土台に構築されており、自由度が低い」と、Hochner教授は説明する。
今回の研究では、Hochner教授のチームはタコの大脳に電極を挿入して電流を流し、その結果起こる動作を記録した。その後、タコに犠牲になってもらってこれを解剖し、電極が正確にどこを刺激していたのか確認した。
今回の研究によってまた1つ、モジュール化されたきわめて効率的な設計が明らかになった。大脳のどの部位も、電流が増えて動作が複雑になった場合には、それまでとは別の脚に別の動作を起こさせることも可能だということが分かったのだ。これに対してヒトの場合は、体のほとんどの部位は大脳の特定の1ヵ所で制御されており、この部位が変わることはない。
「回路が互いに組み込まれていて、刺激に応じて制御系が再構築される。厳密に組織されているのではなく、動的だ」とHochner教授は説明する。
Hochner教授は、タコの体のいろいろなところに――おそらくは個々の脚の付け根に――別の神経プログラムが格納されており、これがゲートの役割を果たして、大脳からの信号を遮断するか通過させるかしている、という仮説を立てている。
こういった研究成果に特に興味を示すだろうと思われるのが、ロボット工学の分野で、柔軟な付属器官を備えた機械を開発している人たちだ。柔軟な器官は、災害地域で働くレスキュー・ロボットや、体内を這って進む手術用ロボットに理想的なものだ。
イタリアのSant’Anna School of Advanced Studies[聖アンナ大学院大学、通称SSSA。早稲田大学と連携研究を行なっている]で、タコにヒントを得た柔らかいロボットを開発する『オクトパス・プロジェクト』に属する研究者Cecilia Laschi氏(今回の論文には参加していない)は、今回の研究の重要性について、「自由度の高いロボットを設計する場合、制御が難しくなる。一部の動きは脳で、また別の動きは周辺で制御する方法をわれわれも試している」と説明する。しかし、人間型ロボットは人間の動きを模倣するのがかなりうまくなったが、タコの動きを模倣するロボットの開発はかなり難しいという。[同プロジェクトはサイトで「タコの動き」動画を複数提供している。以下はそのひとつ]
参考論文：“Nonsomatotopic Organization of the Higher Motor Centers in Octopus.” By Letitzia Zullo, German Sumbre, Claudio Agnisola, Tamar Flash and Binyamin Hochner. Current Biology, Volume 19 Issue 18, September 17, 2009.
