海星没有大脑 怎么运动的？问题的答案有助于设计更高效的机器人

你见过海星移动吗？在我们许多人的印象中，海星似乎总是像海底的岩石一样一动不动，但实际上，它们的腹部有数百个管脚（海星那五个“角”并不是它们的腿，严格来说是它们的“腕”或躯体）。依靠这些管脚的末端的舒张或收缩，海星可以附着在崎岖的地形上，还能抓住猎物，当然，还能在海底移动。

海星的任何一个管脚都可以自主地对刺激做出反应，当它们相互默契地配合在一起，就可以同步运动，产生一种跳跃式的运动。多年来，研究人员一直在琢磨一个问题，海星没有大脑和完全分散的神经系统，没有一个“指挥官”，它们的管脚究竟是如何实现这种同步的运动的？

海星运动的全局协调性

问题的答案来自美国南加州大学维特比工程学院的研究人员。最近，他们把相关的研究发表在《皇家社会界面杂志》上。研究人员认为，海星的所有管脚都会接收到来自“支配腕”的全局定向指令，它们会对指令做出个体的、局部的反应，以实现协调的运动。

简单来说就是，一旦海星提供了移动的指令，每一个个体的管脚就可以专注于自己的分工，当数百个管脚同时完成自己的动作时，就实现了协调的动作。就像火车上的每一个轮子，只需完成自己的转动，当所有的轮子都转起来的时候，整列火车就可以顺利向前移动。

海星管脚的信息共享

这项研究工作建立在现有的行为层次模型上，但进一步解释了海星运动的全局协调性。研究人员认为，海星的神经系统不能像我们人类的身体一样会把全身的信息传给大脑，再由大脑来处理每一处的信息，海星内部的信息是可以通过神经系统实现共享的。

如果海星的一个管脚抵着地面，其他的管脚都会感觉到压力，并不需要向中央系统“报告”。（我们人类的“疼痛”，比如手指疼痛，并不是手指上的感知，而是大脑的感知。但海星的感知确实是每一个管脚的感知。）这种机械耦合是一个管脚与其他管脚共享信息的唯一方式。

海星的神经系统的结构特点是一个神经环环绕着它的嘴，通过桡神经连接到每一个单独的腕上。每个管脚的肌肉都受到与桡神经和环神经相连的神经元的刺激。当海星运动的时候，所有的管脚在海星爬行时都朝着同一个方向走。

在动物世界中，动物的行为通常由两种流行的运动模式来描述。例如昆虫飞行，是通过中央处理系统传递信息激活反应的感觉反馈的结果，这是其中一种模式（我们人类也一样）；另一种是完全分散的结果，个体对感觉信息的反应，例如鱼群或蚁群。但这两种模型似乎都无法描述海星的运动。

海星的所有管脚的神经系统似乎依靠身体和环境之间相互作用的物理作用来控制运动的。这样，就有了一种在管脚之间机械地传递“信息”的机制。一个单独的管脚只需要感知它自己的状态（本体感觉）并做出相应的反应。因为它的感知是机械地耦合到其他管脚上的，所以它们共同工作。当管脚开始移动时，每只管脚产生一个单独的力，成为集体的一部分。这样，每个管脚也对其他管脚产生的力作出反应，最终，它们彼此建立起同一种节奏。

海星的分布式神经系统，有助于更强大的机器人设计

了解了像海星那样的分布式神经系统是如何实现复杂、协调的运动的，可能会促进机器人等领域的进步。在机器人系统中，通过一个中央处理器来让机器人执行各种设计好的任务，相对来说很简单，现在就可以实现。然而，当机器人进入更复杂的环境，面临更复杂的情况时，它们如何自行解决困难？这样的问题会难住很多工程师。

问题的答案可能在于海星的运动模型，我们可以设计控制器，这样机器的学习就可以分层进行。有一个分散的组成部分，既可用于决策，也可用于全局指令的布置。这可能有助于为具有多个执行器的系统设计控制算法，在这种情况下，我们将大量控制权下放给系统物理机械耦合，而不是中央控制器的输入或干预。