Drosophila melanogaster是一种常见的果蝇，在某些方面是一种简单的生物。但在另一些情况下，它是如此复杂，以至于与任何形式的生命一样，我们只是触及了理解它的皮毛。但是研究人员已经在果蝇方面迈出了重要的一步，创造了最准确的数字双胞胎——至少在它如何移动以及在一定程度上为什么移动。
NeuroMechFly，正如 EPFL 的研究人员所说的他们的新模型，是一种“形态逼真的生物力学模型”，基于对实际苍蝇的仔细扫描和密切观察。结果是一个 3D 模型和运动系统，当被提示做一些事情时，比如四处走动或对某些基本刺激做出反应，就像真正的苍蝇一样。
需要明确的是，这不是一个完整的逐个细胞模拟，在过去几年中，我们已经看到在更小的微生物方面取得了一些进展。它不模拟饥饿、视觉或任何复杂的行为——甚至不模拟它的飞行方式，只模拟它沿着表面行走和梳理自己的方式。
你问这有什么难的？好吧，近似这种类型的运动或行为，并制作一个或多或少像真实飞行一样移动的小 3D 飞行是一回事。在完全物理模拟的环境中精确地做到这一点是另一回事，包括生物学上精确的外骨骼、肌肉和类似于控制它们的苍蝇的神经网络。
为了制作这个非常精确的模型，他们首先对苍蝇进行 CT 扫描，以创建形态逼真的 3D 网格。然后他们记录了一只苍蝇在非常小心控制的环境中行走，并非常精确地跟踪了它的腿部运动。然后，他们需要准确地模拟这些运动如何与物理模拟的“关节连接的身体部位，例如头部、腿、翅膀、腹节、长鼻、触角、吊带”相对应，后者是一种运动感应器官，可以帮助在飞行过程中。
图片来源： Pavan Ramdya (EPFL)
他们表明，这些方法是通过将观察到的苍蝇的精确运动带入模拟环境并用模拟的苍蝇重放它们来工作的——真实的运动正确地映射到模型的运动上。然后他们展示了他们可以基于这些创造新的步态和动作，让苍蝇跑得比他们观察到的更快或更稳定。
图片来源： Pavan Ramdya (EPFL)
确切地说，并不是说它们在改进自然，只是表明对苍蝇运动的模拟扩展到了其他更极端的例子。他们的模型甚至可以抵抗虚拟弹丸……在某种程度上，正如您在上面的动画中看到的那样。
这些案例研究建立了我们对模型的信心。但我们最感兴趣的是当模拟无法复制动物行为时，指出改进模型的方法，”EPFL 的 Pavan Ramdya 说，他领导了构建模拟器（和其他果蝇相关模型）的小组。看看他们的模拟在哪里发生故障，就可以看出哪里有工作要做。
“NeuroMechFly 可以增加我们对复杂神经机械系统与其物理环境之间的相互作用如何产生行为的理解，”上周发表在 Nature Methods 上的论文摘要中写道。通过更好地了解苍蝇如何以及为什么以它的方式移动，我们也可以更好地理解其背后的系统，从而在其他领域产生见解（果蝇是最常用的实验动物之一）。当然，如果我们出于某种原因想要制造人造苍蝇，我们肯定会首先想知道它是如何工作的。
虽然 NeuroMechFly 在某些方面是数字模拟生命领域的巨大进步，但它仍然（正如它的创造者第一个承认的那样）非常有限，只关注特定的物理过程，而不是微小身体的许多其他方面并且注意使果蝇成为果蝇。您可以查看代码，也可以在GitHub或Code Ocean上做出贡献。
原文： https://techcrunch.com/2022/05/18/behold-neuromechfly-the-best-fruit-fly-simulator-yet/