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追逐的挑战:扫视如何使哺乳动物同时追逐猎物并在复杂的环境中导航

2025-04-11 20:26 来源:本站编辑

捕食者是如何利用他们的视觉在地形上导航的同时追踪猎物的呢?在复杂的环境中追捕猎物对于视觉系统来说,视觉是一个巨大的挑战只有猎物才会离开不断地改变方向,有时与追逐者的方向相反,但追逐某些东西会引起自我诱导的运动模糊,从而降低视力。

在发表在《当代生物学》上的一项研究中,研究人员重建了自由移动的雪貂追逐逃跑目标时的视野。他们发现,与通常在静止状态下追踪物体的眼球扫视一样,跑步时的眼球扫视会将环境的运动或光流与眼睛的视网膜对齐,而不是追踪逃跑的目标。这使得在高分辨率视网膜特化中减少运动模糊,使哺乳动物能够清晰地看到它们所经过的环境。

扫视不会固定被追逐的目标

当坐着不动时,快速协调的眼球运动,即扫视,被用来追踪感兴趣的物体,比如屏幕上移动的物体。但是,当动物以最快的速度追逐快速转弯以躲避捕获的猎物时,会发生什么呢?来自马克斯普朗克行为神经生物学研究所(MPINB)和马克斯普朗克佛罗里达神经科学研究所的一组研究人员使用头戴式摄像机测量了自由运动雪貂的头部和眼睛旋转,以重建两只眼睛的视野。

当目标在动物头部正前方直线奔跑时,目标的位置直接位于视觉最清晰的视网膜专门化的顶部,这并不奇怪。当球偏离了它的路线,动物们转身去追逐它时,会引发眼跳,而目标的位置仍然直接位于视网膜特化的顶部。令人惊讶的是,通过数字方式移除眼球扫视或头部旋转并没有显著改变目标在视网膜上的位置。它仍然聚集在视力最清晰的地方。这表明在追逐过程中,扫视并不能像假设的那样使最锐利的视觉区域与目标保持一致。那么,眼跳的作用是什么呢?

扫视使世界运动与视网膜一致

为了解决这个问题,研究人员观察了视网膜上环境的运动模式,或光流,并表明扫视引导视网膜专门化指向动物的预期运动方向,这也是运动模糊最小的区域。这与目标无关,因为当目标不存在时,扫视也会发生。

MPINB的科学家达米安·华莱士(Damian Wallace)解释说:“追踪不规律奔跑的东西是非常困难的,尤其是当你也在奔跑的时候,但是预测你自己的运动,然后抵消这种运动,让你清楚地看到你要去的地方,哺乳动物的视觉系统似乎已经利用了这一点。”

广义机制

在自由运动的树鼩、大鼠和小鼠中也发现了同样的头部和眼球同步运动,这表明哺乳动物中存在一种普遍的机制。这种精确的定时机制使动物能够对方向的不稳定变化做出非常灵活的反应,例如当猎物急转弯试图逃避捕获时。

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