对于大多数脊椎动物（如大部分鱼类）而言，脊髓（中枢神经系统）损伤意味着瘫痪的命运。然而鳗鱼却打破了这一铁律，它们不仅能在水中优雅游动，甚至能上岸爬行，更惊人的是，即使脊髓被完全切断，它们仍能保持游泳能力。

这背后究竟隐藏着怎样的奥秘？一个国际研究团队终于揭开了谜底，他们的发现不仅登上了《美国国家科学院院刊》，更为新一代高度自适应机器人的设计提供了全新思路。

一起来看看。

▎自然界的奇迹：鳗鱼的逆天运动能力

对鳗鱼进行分析后，研究人员发现：鳗鱼的运动控制是一个“中央指导+地方自治”的精妙系统。

中枢神经系统（中央指导）：像一名指挥，内置的“神经振荡器”负责打下节拍，产生肌肉收缩的基础节奏，这是启动和维持运动的“总纲领”。

周围神经系统（地方自治）：身体各段是高度自治的“乐手”，通过两种方式实时感知自身和环境状态：①拉伸反馈：感知自己身体的弯曲程度，确保动作流畅协调；②压力反馈：感知皮肤受到的水和地面的压力，从而根据环境阻力调整发力。

两者如何结合？

感觉反馈（地方情报）会实时传入神经振荡器（乐手），动态微调基础节律。这使得运动指令能根据实际情况灵活变化，从而适应水、陆等不同环境。

为何能抵御通信中断（脊髓损伤）？

即使大脑指令因脊髓切断无法下达（指挥与乐手失联），身体下段的“地方自治”系统依然有效：自身的“神经振荡器”能自发产生节律；局部感觉反馈提供了足够的信息，让各段身体能相互协调、同步，继续运动。 

▎从理论到实践：机器人实验验证

理论需要通过实践验证。研究团队不仅进行了计算机模拟，还构建了真实的仿生机器人来测试他们的模型。

实验结果令人振奋：基于感觉反馈的控制模型不仅能让机器人在水中高效游动，还能自主切换到陆地爬行模式，甚至能够绕开障碍物继续前进。

特别值得注意的是，在陆地运动中，拉伸反馈发挥着更为重要的作用——它帮助机器人通过推抵障碍物来产生向前推进的力，类似于人类用手撑地前进的方式。

A 鳗鱼神经机械模型。身体由通过左右拮抗肌连接的10个刚性身体节段组成。每个节段都有一个局部神经回路，包含一个振荡器和一对侧向压力传感器与拉伸传感器。

B 机器人模型，该机器人用于实施假设的控制回路并评估在水生和陆地环境中的运动性能。

C 阐明整个研究的完整闭环流程的综合方法。生物学观察（鳍鱼）→ 理论建模（A）→ 仿真测试 → 物理验证（B）→ 分析与生物学对比 → 修正模型...

D 测试的不同控制配置。C：振荡器之间的中央耦合；P：压力反馈；S：拉伸反馈。通过这种“控制变量”的方法，可以精确地分析出到底是中央指令（C） 更重要，还是局部感觉（P和S） 更重要，或者是两者结合的效果最好。

研究最引人入胜的部分在于对脊髓损伤后运动维持机制的解释。通过对比真实鳗鱼的脊髓横断实验和机器人模拟实验，研究人员发现：

局部感觉反馈和回路自振荡能力的结合，使得身体在失去大脑指挥后仍能保持协调运动。这意味着即使在脊髓完全切断的情况下，损伤部位以下的神经回路仍然能够通过身体提供的感觉信号自主维持节律性活动，并实现各段之间的同步协调。

这一发现解释了为什么鳗鱼相比哺乳动物具有如此强的损伤恢复能力。

▎进化启示：从水生到陆生的过渡密钥

这项研究揭示了脊椎动物从水生到陆生进化过渡的一个重要机制：生物可能无需演化出全新的神经控制系统，而是通过重新利用和调整已有的游泳神经回路来适应陆地运动。这一发现不仅为进化生物学提供了新见解，也为机器人技术带来了突破性启示。

据研究人员介绍，“灵活的游泳神经回路被重新利用，降低了对复杂自上而下控制的需求”，这种进化策略显得格外“经济”。基于这一原理开发的仿生机器人，采用局部感觉反馈的控制架构，能够像鳗鱼一样通过身体与环境的实时互动来调整运动策略，而不依赖精确的环境模型或复杂的中央计算。

此类高度自适应机器人在灾难救援、地质勘探和基础设施检测等领域具有广泛应用前景。它们能够在倒塌建筑的瓦砾中自主穿行，在从水域到岸畔的复杂地形中无缝切换，以及在管道隧道等狭窄空间执行检测任务。这项研究证明，自然界中最简单、最局部的解决方案，往往能解决最复杂、最全局的挑战。

论文信息：Kotaro Yasui et al, Multisensory feedback makes swimming circuits robust against spinal transection and enables terrestrial crawling in elongate fish, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2422248122