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行走动物必须不断调整朝向以适应环境导航，但腿部运动学如何重新配置以产生幅度各异的方向变化，目前仍知之甚少。在此，我们利用高分辨率腿部追踪技术，表征自由行走果蝇的转向行为。我们重点分析两种主要策略：弧形行走和转弯。尽管弧形行走与转弯的轨迹在统计上可以区分，但若干参数表明，这两类行为在空间上存在连续谱；其间的变化涉及转向机制的改变，而非运动学空间中的不连续性。弧形行走表现为平缓曲线，主要通过以下方式产生：（1）前足和内侧中足的后极限位置（PEP）发生渐进式偏移；（2）支撑期幅度出现双侧不对称，外侧肢体的幅度增大；（3）内侧肢体的幅度减小，而步态时序和同侧协调性仍维持直线行走时的基线水平。相比之下，转弯伴随着更高的转向需求，其实现依赖于：（4）前足和中足的前极限位置（AEP）逐步偏移；（5）内侧中足和后足的步幅幅度显著减小，以固定转弯支点；（6）内侧中足和后足出现跳步；（7）内侧中足出现侧向步；以及（8）当转弯幅度超过某一临界阈值时，特定肢体自发出现同步后退步。最后，在转向需求达到最大时，会出现一种共同的运动学构型。这些结果表明，转向行为具有层级化的二分组织：由PEP和AEP驱动的机制分别适用于中等和较大轨迹曲率；而在行为极限处，两者汇聚于一个共同的饱和运动状态，从而将下行转向信号连接起来。对自由行走昆虫分段特异性腿部运动学的指令
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步行中的对称性破缺：果蝇在弧线行走时招募任务特异性和足肢特异性的运动模块
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E. Axel Gorostiza，
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Ricardo D Custodio，
Michael Duebbert，
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Ansgar Bueschges
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https://doi.org/10.64898/2026.10.22.760936
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行走动物必须不断调整朝向以在环境中导航，然而，动物如何重新配置足肢运动学，以产生幅度各异的方向变化，目前仍知之甚少。
在此，我们利用高分辨率腿部追踪技术，刻画自由行走果蝇的转向行为。分析重点关注两种主要策略：弧行与转弯。尽管弧行轨迹与转弯轨迹在统计上可以区分，但若干参数表明，这两类行为之间存在一个连续的空间谱系；其间变化涉及转向机制的改变，而非运动学空间中的不连续。弧行表现为平缓曲线，主要通过以下方式产生：（1）前足和内侧中足的后极限位置（PEP）发生渐进式偏移；（2）支撑期幅度呈双侧不对称，外侧步幅增大；（3）内侧步幅缩短，同时步态时序和同侧协调仍维持直线行走时的基线水平。相比之下，转弯伴随更高的转向需求，依赖于以下机制：（4）前足和中足的前极限位置（AEP）逐步偏移；（5）内侧中足和后足的步幅大幅缩小，以固定转弯支点；（6）内侧中足和后足出现跳步；（7）内侧中足采取侧向步态；（8）超过某一临界转弯阈值后，特定腿会自发出现同步后退步态。最后，在转向需求达到最大时，会出现一种共同的运动学构型。这些结果表明，转向行为具有层级式的二分组织：由PEP和AEP驱动的机制适用于中等和剧烈的轨迹曲率；而在行为极端状态下，则出现共享的饱和运动状态，将下行转向指令与自由行走昆虫中特定体节的腿部运动学联系起来。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
基金信息声明
德国……
研究联合会，
，Bu857/15-1,2
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发布于 2026 年 10 月 23 日。
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E. Axel
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Till
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Ansgar
Bueschges
bioRxiv
2026.10.22.760936；
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打破行走中的对称性：果蝇在弧线行走中招募任务特异性和腿特异性运动模块
E. Axel
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Kei
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Till
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2026.10.22.760936；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.10.22.760936
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关键词：果蝇 · 行走运动学 · 转向行为 · 步态协调 · 运动模块
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.22.760936v1?rss=1