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增強現實中的電魚揭示了動物如何“積極地感知”周圍的世界

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-10-31瀏覽次數:1219

蝙蝠和海豚發出聲波來感知周圍環境;像電池一樣,電魚可以發電,幫助他們在避難所挖洞時檢測運動;人類使用微小的眼球運動來感知視野中的物體。

每個都是“主動感應”的一個例子 - 在動物王國中發現的一個過程,包括產生運動,聲音或其他信號,以收集有關外部環境的感官反饋。然而,到目前為止,研究人員一直試圖了解大腦如何控制主動誘導,部分原因是因為主動行為與其產生的感覺反饋密切相關。

在一項新的研究中,新澤西理工學院和約翰霍普金斯大學的研究人員利用增強現實來改變這種聯系,揭示了主動和感官反饋之間的神秘動態。結果表明,一種特殊的弱電魚(即Eigenmannia virescens)的微妙主動誘導運動受感官反饋控制,有助于增強魚類獲得的感官信息。該研究表明,魚類使用雙重控制系統來處理來自主動運動的反饋,這一特征可能在動物中無處不在。

研究人員表示,發表在“當代生物學”雜志上的研究結果可能會對神經科學和新型人工系統的設計產生影響 - 從自動駕駛汽車到合作機器人。

“最激動人心的是,這項研究使我們能夠探索超過10年夢想的反饋,”NJIT Research生物學副教授Eric Fortune說。 “這可能是第一項使用增強現實技術實時檢測基于運動的主動感應基本過程的研究,幾乎所有動物都用它來感知周圍的環境。”

Eigenmannia virescens是一種在亞馬遜盆地發現的電魚,隱藏在避難所中,以避免掠食者在其環境中的威脅。作為其辯護的一部分,“財富”雜志聲稱該物種及其親屬可以表現出類似磁鐵的能力,以維持其住所內的固定位置,即現場維護。 “財富”雜志的團隊試圖了解魚類如何通過破壞魚類相對于其避難所的運動方式來控制這種感知行為。

“我們很早就知道這些魚會跟隨他們避難所的位置,但最近我們發現它們產生的小動作讓我們想起了人眼中微小的動作,”Fortune說。 “這導致我們設計我們的增強現實系統,看看我們是否可以在不完全斷開它們的情況下試驗這些魚的感覺和運動系統之間的關系。到目前為止,這很難做到。“

為了研究起見,研究人員將弱電魚放入帶有手動避難所的實驗坦克中,并能夠自動地,相互跟蹤魚的實時視頻跟蹤。研究小組研究了如何在兩種類型的實驗中改變魚類在避難所中的行為和運動:“閉環”實驗,其中魚的運動與避難所的穿梭運動同步;和一個“開環”實驗,其中庇護所運動就像從記錄器到魚的“重放”。值得注意的是,研究人員觀察到,當增強現實系統的正反饋“增益”時,魚群在閉環實驗期間游得最遠,以獲得感官信息。

“從魚的角度來看,閉環和開環實驗中的刺激是完全相同的,但從控制的角度來看,一個測試與行為有關,另一個測試與它沒有關系,”Noah Cowan教授說。約翰斯霍普金斯大學研究的合著者。 “這類似于一個人的視覺信息在走過它時可能會改變的方式,而不是觀看通過房間的視頻的人。”

“事實證明,當刺激由個體控制時,魚的行為會有所不同,刺激物會被反饋給他們,”Fortune補充道。 “這個實驗表明,我們觀察到的現象是由于魚從自己的運動中獲得的反饋。基本上,動物似乎知道它正在控制它周圍的感官世界。”

根據“財富”雜志的一項研究,魚可能會使用兩個控制回路,這可能是其他動物如何感知周圍環境的一個共同特征 - 一個用于管理來自主動運動的信息流,另一個用于控制信息。通知電機功能。

Fortune表示,他的團隊現在正在研究負責魚類中每個控制環的神經元。他還表示,該研究及其研究結果可能適用于人類活動感知行為的研究,或適用于開發先進機器人的工程師。

“我們希望研究人員能夠進行類似的實驗,以更多地了解人類視覺,這可以為我們提供有關我們自己的神經生物學的寶貴知識,”Fortune說。 “與此同時,由于動物在視覺和動作控制方面比任何設計的人工系統都要好得多,我們相信工程師可以將我們發布的數據轉化為更強大的反饋控制系統。”

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