Nine's StudyNote 讀書筆記

鳥類解剖歷史        關於鳥類的解剖學，一直以來學者們都只有研究各種鳥類局部的肌肉、骨骼和神經等。直到V icq d'azir 在 1772~1778 年間發表了幾篇重要的整合性論文，並介紹了肌肉的命名來源及方法，使鳥類解剖文獻更完整。其後 Meckel(1825) 、 Owen(1835) 、 Klemm(1864) 等人也陸續發表數種鳥類的肌肉結構論文，使鳥類歷史發展更多元。 近代 Hudson (1937) 收集了 18~19 世紀的幾位學者所做的研究，出版 Studies on the muscles of the pelvic appendage in birds 一書 ，將鳥類主要肌肉的分布狀況、外型及特徵詳細地統整。我們所參考的文獻就是 Holmes (1963 ) 根據 Hudson 的統整再進行更細部的研究後所繪製的雞腿解剖構造圖。 Holmes的解剖 方法                 E. Bruce Holmes (1963 )曾調配由乙醇，甘油（或丙二醇），福馬林所組成的防腐液(比例如圖)注入主要的肌肉塊，這種防腐液的優點除了有很好的保存作用外，樣品不會有福馬林的刺激性氣味，且能夠柔韌組織。  Holmes 通常同時解剖兩個到三個樣本，並比對前人的研究，如此便可減少因個體差異或操作失誤所造成的誤差，肌肉較小的部分則用解剖顯微鏡觀察。

　 　　學期到了尾聲，而我們的專題也從只有方向變成了有理有序的報告(儘管漏洞百出)。此文結合各部分文章超連結。 這是我們最後實際的ppt配合口頭報告，其資料量較大的內容及動畫，請至部落格上觀看。 觀看動畫模擬請點此 一、動機－仿生機械－從雞腿解剖開始 二、甚麼是仿生?仿生機械又是甚麼? 三、仿生干解剖甚麼事阿?要了解甚麼? 四、解剖前的了解－鳥類解剖歷史與方法 五、解剖前的了解－雞肉命名的規則 六、實際解剖 七、結果呈現 1.總覽 2.外側肌肉 3.內部肌肉 4.內側肌肉 5.肌肉結抗  6. 動畫模擬:走路/跳躍 八、討論 參考文獻: 1. Alexander (2004) J Anat. 204 (5) : 321–3302 . 2.Falkinghama & Gatesy(2014) Proc Natl Acad Sci 111 (51) : 18279–18284 3. 3.Holmes (1963) Univ Kanasa Publ us Nat Hist 12 (9) : 363-474 4. 4.Hudson (1937) Am Midl Nat 18 (1) : 1-108 5. 5.Anthony & Lucia (2001) Auton Robot. 11 : 221-226 6. 6. Fratzl(2007) Inter Face15 (4) : 637-642 . 7. Breslow  (2009) J Bio Che   284 : 1337-1342. 8.Samuel et al(1843) First-book of natural history：Prepared for the use of schools and colleges.840.pp. 9.Colville & Bassert(2015)Clinical Anatomy and Physiology for Veterinary Technicians. 637.pp.

模擬上的缺失 我們模擬的動畫有些部分不真實: 1.爪部有明顯的不協調，當其抬起時，因該會自然放鬆而垂下 2.爪部著地時，其爪部會受力而張開。 3.腿沒有外翻及內收。 而造成這些結果的原因為: 1.只考慮主要做功的肌肉，沒考慮平衡用的肌肉。 2.動畫製作技術不佳，無法製作細緻的動作 推測實物模型 若使用我們目前的資料去建構機械的話，在平面上可行走，但是要是在真實的野外行走或是讓其受力，一定會不平衡而摔倒其原因為: 1.其腿部肌肉共有42條，而我們實際上考慮的只有20條，忽略了許多平衡用的肌肉，以及連接肌肉間的協調性肌群。 2.缺乏活體測試，以提供其實際施力大小、力矩、角度、作功量及時間等數據，無法建構物理引擎。 雙足類 bipadalism 為了討論我們模型上的缺失，我們查群了bipadalism(雙足類)的相關資訊。 人類、鳥類、部分靈長類、袋鼠、部分蜥蜴及蟑螂(在跑步狀態下)，是使用後肢進行跑步與行走的生物，其移動模式稱之為bipadalism(雙足類) 雙足類在跑步和走路時，其兩隻腳以半個週期差運行，若其週期差小於0.5，則會認為是跳躍性移動(比如麻雀)而雙足步行的步間距和脛骨有特定關係，以人類來說步間距約是小腿(脛骨)長的0.54。 以人類為例 人類的步間距大至從0.2~0.73，當其為0.2時，是以非常緩慢的速度行走，反之0.73時是快步行走。 而雙足類的移動速率在經過Alexander RM.(2004)的研究發現，其和身體質量及基礎代謝率成線性關係: 代謝率/體重 = A +B(速度) A和B根據物種，有不同的常數，因此若我們可以得知此生物的活體體重及代謝率，即可求出其移動速率，並根據其移動速率及步間距和脛骨比，來更加完善的模擬。 結論 若要製造出更加精密的仿生機械，對於其細小肌肉的平衡協調功能必須要分析清楚。 解剖確實可以有效了解肌肉的構造和功能，但若要實際模擬其動作，必須要觀察及測試活體 ，才可得到更精確的結果。

地點: 普生實驗室 器材: 解剖剪、解剖刀、鑷子、手套、托盤、相機、腳架、雞腿                              我們一共解剖了4次共6隻雞腿 ，每次約5~6小時 ，一人主刀 ，一人幫忙輔助 ，一人操控器材並 拍攝 ，每次輪流  : 第一次是練習 ， 並試著依文獻位置解剖(雞腿散花) 。 第二次是生雞腿全肌肉解剖 ， 及生雞腿與熟雞腿的比對 ，比較兩種雞腿在解剖上的差別和形 態上的差異 。 兩者的差別為   : 1.肌肉的牽動   : 熟雞腿肌肉組織被破壞無法受力變形 。 2.肌肉的辨識   : 熟雞腿肌肉束收縮 ，以致肌肉變小 ，且 無法辨識肌肉群 。 3.脂肪組織 (在雞腿肉外的肌肉膜)  :  熟雞腿肌肉外的肌肉膜消失 ，較容易用刀子劃開 。 而生雞 腿 肌肉則否 。 第三 、四 次節剖是功能上面的驗證與測試 ，以做出動畫並模擬動作 。                                                                                         我們下刀的位置 :                            ...

　　我們將觀察到的肌肉位置分佈及功能整合，再配合骨骼的運動，並用動畫模擬：               1.行走       2.跳躍/起飛 參考動作: 觀察影片Falkinghama & Gatesy(2014)所拍，我們發現其腳有一個固定的週期，而兩隻腳相差 半個週期，步間距約是2.5個股骨長。 單一週期 1. 脛骨前肌 彎曲 跗蹠骨 2. 股外側肌及脛骨前伸肌 將 股骨 些微抬升    使 脛骨 伸直 跗蹠骨 向前 4. 內外腓腸肌 伸直 跗蹠骨 踏出步伐 5. 小腿內外側屈肌 收縮使 脛骨 以下回歸 6.回到動作1 此為根據觀察，重複數個週期，並將兩隻腳以半個週期差及每步2.5個股骨長所模擬的走路動畫 走路 動畫exe下載點 接著為跳躍的模擬動化 1. 小腿內外側屈肌 及 脛骨前肌 收縮使腿微蹲 2. 內外腓腸肌 及 股外側肌及脛骨前伸肌 劇烈收縮，使肢體向下施力，跳躍起來 跳躍 動畫exe下載點

　　根據文獻查詢，所有腿部的肌肉有42條，而我們主要鑑別出來的只有20條，在這些肌肉之中我們又將其主要的肌肉獨立出來分組，伸肌與屈肌即是結抗關係。 1.脛骨伸屈 其主要依靠脛骨前伸肌，股外側肌來伸直，以小腿內外側屈肌來彎曲。 伸　　　　　 脛骨前伸肌 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 股外側肌 　 屈 小腿外側屈肌 小腿內側屈肌　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 2. 跗蹠骨伸屈 　 其主要依靠脛骨前肌伸直，內外腓腸肌使其收縮。 伸 脛骨前肌 　　 屈 外腓腸肌　　 內腓腸肌 　　　　　　　　　　

小腿內側屈肌 flexor cruris medialis  功能與小腿外側屈肌相似，收縮時使小腿(脛骨)彎曲 棲肌 棲肌 a mbiens 相當重要的肌肉，收縮可使整條腿伸直，為跳躍/站立時非常重要的肌肉。 (註:影片中棲肌以十分脆弱，因此一拉就斷了) 內收深屈肌 adductor profundus 收縮時使盆骨與股骨相對移動 內腓腸肌 gastrocnemius pars interna 功能與外腓腸肌相似，收縮時使跗蹠骨伸直。 脛骨節內 肌 femorotibialis internus 收縮時使腿向內收縮

在解剖肌肉前，我們必須先知道肌肉的名稱，才能正確的解剖 。 若是想翻譯其專有名 詞， 就有必要先了解 它的命名規則，這有助於讀取文獻和觀察它的位置與同源性。 肌肉的命名是先名詞再形容詞，並分成以下四個小點: 1.Action：伸(extend)、屈(flex)等動作功能，以作為專有名詞中的一部分。 如：小腿內側屈肌( flexor cruris medialis) 。 2.Size：長肌(longus)、短肌(brevis)等尺寸或大小，以作為專有名詞中一部份。 如：腓骨長肌( peroneus longus) 。 3.Location：肌肉的命名依其附近骨頭、起源或連接的骨頭來命名。 如：股外側肌( vastus  lateralis )，vastus指的是股骨(大腿骨)，此塊肌肉是股骨附近的 肌肉 ， 並依此命名。 4.Number：依肌肉的起源的順序來命名肌肉 。 如：第二、三趾深屈肌( flexor perforans et perforatus digital ii ；et 是表示某寫在其後 狀態之 用詞) 。 常見專有名詞介紹: 專有名詞 中文 flexor 屈肌 anticus 前 extensor 伸肌 tibialis 脛骨 medialis 內部 fibularis 腓骨 interna 內側 vastus 股骨 lateralis 外部 cruris 小腿 externa 外側 gastrocnemius 腓腸 longus 長肌 digital 趾 brevis 短肌 而這裡我們要特別說明medialis和interna的差別:                                                                Interna(紅)   Med...

股外側肌 vastus lateralis pars lateralis 包圍於股骨外側，收縮時使小腿(脛骨)伸直 脛骨前肌 tibialis anticus 位於脛骨前方，收縮時使 跗蹠骨彎曲。 第二趾深屈肌 flexor perforatus digiti(II) 第三趾深屈肌 flexor perforatus digiti(III) 第四趾深屈肌 flexor perforatus digiti(IV) 三條肌肉的功能都相似，收縮時使趾部彎曲。因此只做一統一動畫，其運動較特殊有趣，拍了較多影片。

若要讓仿生機械可以有效發揮預期的功能，那就必須弄清楚骨骼與肌肉的關係和功能 。 我們想藉由解剖的方法分析肌肉與骨骼的關聯，以增加觀察的精確度。 為何選擇腿部來進行實驗呢? 相較於手臂，選擇用腿部的原因有:                                                                                          圖片來源                                                                 圖片來源 1.動作較簡單 2.肌肉較粗大 ( 人體3D360度模型 )  至於選擇使用雞來做為樣本的優點有： 1.購買處理方便也較常見 2.大小適合一般實驗室操作 3 .可參考文獻 較 多

仿生 指的是一種仿效 生物演化經驗 的科技，舉凡型態、過程、以及生態系統都是 模擬的基 礎，具有 突破現今技術瓶頸的潛力。 仿生分成 很多 方面 ， 包括 :  綠 色 化學、仿生機械、生物材料  仿生化學:用化學方法模擬自然界中生物體的功能 ， 如模擬酶反應 、 模擬生物膜的功能等。 仿生材料: 仿生材料是以工程的方法，利用現有的資源合成新的材料，靈感來源為 生物 材料 。而生物材料則是自然中生物自行利用自身機能合成的材料，例如骨頭和牙齒。 而我們這組所要探討的議題是關於仿生機械方面 。 仿生機械:模仿 生物 的 型態 、 結構 和 控制 原理 設計 制 造出的功能更 集中、效率更 高 並 具有生 物 特徵 的 機 械 。 仿 生 機械 研究 的 主要 領 域 有生物力 學 、控制 體 和 機 器人 。 仿生機械實例: 美國軍方機器人特技大賞