Onderzoekers aan de École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hebben een geavanceerd neuromechanisch model ontwikkeld, genaamd NeuroMechFly v2, dat simuleert hoe de fruitvlieg, *Drosophila melanogaster*, waarneemt, beweegt en navigeert in een virtuele omgeving. Dit model bouwt voort op zijn voorganger en breidt zowel de zintuiglijke als motorische functies uit om het gedrag van een echte fruitvlieg nauwkeuriger na te bootsen.
Door een gedetailleerde simulatie van het visuele en reukzintuig toe te voegen, kan NeuroMechFly v2 reageren op prikkels uit de omgeving, zoals het navigeren door complexe terreinen, het volgen van objecten en het reageren op geuren, met behulp van virtuele ogen en antennes.
Dit project, geleid door het team van Pavan Ramdya aan de EPFL, bouwt voort op eerdere ontwikkelingen zoals DeepFly3D, een software die bewegingen van de poten volgt met behulp van deep learning, en LiftPose3D, een hulpmiddel voor 3D-houdingsreconstructie met een enkele camera. Deze innovaties kwamen in 2022 samen met de eerste versie van NeuroMechFly, een morfologisch nauwkeurige digitale tweeling van de Drosophila, waarmee onderzoekers de motorische controle van de vlieg met grote precisie konden bestuderen. In deze nieuwste versie zijn de hoeken van de poten en gewrichten verder verfijnd om de biomechanica van de vlieg nog beter na te bootsen. Daarnaast kunnen nu realistische taken worden gesimuleerd, zoals het bewegen over oneffen oppervlakken en het draaien naar zintuiglijke prikkels.
Met NeuroMechFly v2 kunnen wetenschappers hypothetische neurale reacties observeren en analyseren, wat een inkijkje biedt in het brein van de virtuele vlieg terwijl deze zich in de gesimuleerde omgeving bevindt. Door het model te koppelen aan een computermodel van het visuele systeem van de Drosophila, kunnen onderzoekers de mogelijke neurale activiteiten in reactie op visuele prikkels volgen. Dit heeft geleid tot realistische demonstraties, zoals het simuleren van gedrag tijdens paring of andere volgscenario’s.
Een belangrijke nieuwe toevoeging in NeuroMechFly v2 is de capaciteit voor “padintegratie,” een op feedback gebaseerd navigatiemechanisme waarmee de gesimuleerde vlieg zijn positie kan volgen, zelfs als de visuele input beperkt is. Deze functie weerspiegelt de gesloten-lusverwerking die kenmerkend is voor biologische intelligentie en vergroot het potentieel van het model als hulpmiddel om te begrijpen hoe zintuiglijke informatie in het brein wordt geïntegreerd om coherent gedrag op te roepen.
De verbeterde simulatiemogelijkheden van NeuroMechFly v2 openen nieuwe wegen voor onderzoek naar zintuiglijke-motorische coördinatie en hersenfunctie bij dieren. Dit digitale model kan ook inspiratie bieden voor de ontwikkeling van robots die autonoom kunnen navigeren op basis van omgevingsprikkels, met mogelijk belangrijke toepassingen in de neuro-engineering en kunstmatige intelligentie.
