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大脑在计算运动时会考虑环境的典型特征

我们的视觉环境非常复杂。最小的空间包含无数的颜色,结构和对比度。尽管如此,我们仍能够高精度地识别物体和运动。即使只有果蝇只有我们神经元的一小部分,也可以管理这些区别。马丁斯里德马克斯·普朗克神经生物学研究所的研究人员现已发现证据,表明果蝇的视觉系统已在数百万年的时间内最佳地适应了环境特征。苍蝇大脑在类似的不对称处理中反映出自然界中明暗区域的不均等分布。

如果我们没有意识到这一点,我们的视觉系统每秒就会处理极其艰巨的任务。例如,为了能够拿到笔,我们的大脑必须快速,准确地将其形状和纹理与环境中其他数十个通常非常相似的物体区分开。这个过程在各种各样的光照条件下,几乎可以在任何背景下进行。为了促进此类视觉信息的处理,视觉系统将对环境典型特征的期望纳入其计算中。马克斯普朗克神经生物学研究所的亚历山大•博斯特(Alexander Borst)和他的团队研究了这些期望如何影响果蝇果蝇的神经元计算。

虚拟环境中的课程校正

在他们的实验中,研究人员利用了苍蝇的先天行为。动物在所谓的光动力反应的帮助下稳定了自己的路线。例如,如果一阵风将苍蝇吹向左侧,则整个世界从其角度向右旋转。为了恢复原状,果蝇可靠地沿与感知到的图像相同的方向旋转,在这种情况下向右旋转。为了研究此路线校正的原理,研究人员为动物建立了虚拟环境。三台计算机监视器带领飞行者相信它正在不同的自然环境中导航,而传感器则跟踪它在悬浮于空气中的聚氨酯球上的运动。

该研究的第一作者之一阿尔霍沙·莱昂哈特(Aljoscha Leonhardt)报告说:“我用智能手机在研究所周围的树林中爬行了几天,以记录我们在这些实验中使用的全景图像。”研究人员偶尔会通过向右或向左短暂旋转屏幕上的环境来模拟虚拟的阵风。与自然界一样,果蝇熟练地适应了这种光学漂移:在不到一秒钟的时间内,昆虫又再次笔直地穿过虚拟世界。

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