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增强现实中的电鱼揭示了动物如何“积极地感知”周围的世界

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-10-31浏览次数:1219

蝙蝠和海豚发出声波来感知周围环境;像电池一样,电鱼可以发电,帮助他们在避难所挖洞时检测运动;人类使用微小的眼球运动来感知视野中的物体。

每个都是“主动感应”的一个例子 - 在动物王国中发现的一个过程,包括产生运动,声音或其他信号,以收集有关外部环境的感官反馈。然而,到目前为止,研究人员一直试图了解大脑如何控制主动诱导,部分原因是因为主动行为与其产生的感觉反馈密切相关。

在一项新的研究中,新泽西理工学院和约翰霍普金斯大学的研究人员利用增强现实来改变这种联系,揭示了主动和感官反馈之间的神秘动态。结果表明,一种特殊的弱电鱼(即Eigenmannia virescens)的微妙主动诱导运动受感官反馈控制,有助于增强鱼类获得的感官信息。该研究表明,鱼类使用双重控制系统来处理来自主动运动的反馈,这一特征可能在动物中无处不在。

研究人员表示,发表在“当代生物学”杂志上的研究结果可能会对神经科学和新型人工系统的设计产生影响 - 从自动驾驶汽车到合作机器人。

“最激动人心的是,这项研究使我们能够探索超过10年梦想的反馈,”NJIT Research生物学副教授Eric Fortune说。 “这可能是第一项使用增强现实技术实时检测基于运动的主动感应基本过程的研究,几乎所有动物都用它来感知周围的环境。”

Eigenmannia virescens是一种在亚马逊盆地发现的电鱼,隐藏在避难所中,以避免掠食者在其环境中的威胁。作为其辩护的一部分,“财富”杂志声称该物种及其亲属可以表现出类似磁铁的能力,以维持其住所内的固定位置,即现场维护。 “财富”杂志的团队试图了解鱼类如何通过破坏鱼类相对于其避难所的运动方式来控制这种感知行为。

“我们很早就知道这些鱼会跟随他们避难所的位置,但最近我们发现它们产生的小动作让我们想起了人眼中微小的动作,”Fortune说。 “这导致我们设计我们的增强现实系统,看看我们是否可以在不完全断开它们的情况下试验这些鱼的感觉和运动系统之间的关系。到目前为止,这很难做到。“

为了研究起见,研究人员将弱电鱼放入带有手动避难所的实验坦克中,并能够自动地,相互跟踪鱼的实时视频跟踪。研究小组研究了如何在两种类型的实验中改变鱼类在避难所中的行为和运动:“闭环”实验,其中鱼的运动与避难所的穿梭运动同步;和一个“开环”实验,其中庇护所运动就像从记录器到鱼的“重放”。值得注意的是,研究人员观察到,当增强现实系统的正反馈“增益”时,鱼群在闭环实验期间游得最远,以获得感官信息。

“从鱼的角度来看,闭环和开环实验中的刺激是完全相同的,但从控制的角度来看,一个测试与行为有关,另一个测试与它没有关系,”Noah Cowan教授说。约翰斯霍普金斯大学研究的合着者。 “这类似于一个人的视觉信息在走过它时可能会改变的方式,而不是观看通过房间的视频的人。”

“事实证明,当刺激由个体控制时,鱼的行为会有所不同,刺激物会被反馈给他们,”Fortune补充道。 “这个实验表明,我们观察到的现象是由于鱼从自己的运动中获得的反馈。基本上,动物似乎知道它正在控制它周围的感官世界。”

根据“财富”杂志的一项研究,鱼可能会使用两个控制回路,这可能是其他动物如何感知周围环境的一个共同特征 - 一个用于管理来自主动运动的信息流,另一个用于控制信息。通知电机功能。

Fortune表示,他的团队现在正在研究负责鱼类中每个控制环的神经元。他还表示,该研究及其研究结果可能适用于人类活动感知行为的研究,或适用于开发先进机器人的工程师。

“我们希望研究人员能够进行类似的实验,以更多地了解人类视觉,这可以为我们提供有关我们自己的神经生物学的宝贵知识,”Fortune说。 “与此同时,由于动物在视觉和动作控制方面比任何设计的人工系统都要好得多,我们相信工程师可以将我们发布的数据转化为更强大的反馈控制系统。”