果蠅利用非對稱感知增加對物體的速度估計

什麼是T4、T5神經

光線進入眼球後會透過視網膜轉換成神經訊號，並透過其他神經將訊號傳送至大腦皮層。在皮層的下游會透過T4和T5形成分支，形成兩種訊號-亮訊號(on motion signal)和暗訊號(off motion signal)。

Aljoscha Leonhardt等人，控制果蠅T4 T5，並將果蠅放置在行為儀器上，給予視覺刺激。發現T4 T5能增加果蠅對物體的速度估計。

量化果蠅的追蹤能力

圖一(a)，果蠅被放置在仿大自然影像的環形螢幕當中。果蠅有趨光性，因此複眼會偏好追蹤較亮的目標。視網膜速度(Retina velocity)表示環境相對果蠅眼睛的角速度，相對速度越低表示果蠅被亮光吸引。圖一(b)，果蠅在畫面亮暗對比度很強(100% contrast)的狀況下，抑制T4或T5還是能追蹤亮光。但兩個都被抑制的狀況下，果蠅幾乎無法追蹤。圖一(c)，隨著畫面亮暗對比度減弱，亮光的吸引力會逐漸減少。兩個結論。一，T4 T5都被抑制的情況下，果蠅無法追蹤亮光。二，畫面亮暗對比度越高，果蠅的追蹤能力越強。

圖一

確認T4 T5形成的訊號

圖二(a)，給予果蠅亮度和方向相反的視覺刺激。圖二(b)，觀察on off channel兩者之間在不同視覺刺激下的關係。數值為正，表示亮訊號的同向性較強。分別將T4 T5抑制可以看到，T5的下游為暗訊號，而T4的下游為亮訊號。結論T4 T5對on off channel分別產生訊號。

圖二

利用模型調整參數

調整Hassenstein-Reichardt correlation model當中的參數，使結果和果蠅實驗相符。圖三(bch)可以發現off detector的擬合參數較大，形成非對稱(asymmetry)的狀況。圖三(f)，將兩者的參數設為相同(symmetry)，發現反應會比非對稱還差。結論。透過模型，能知道兩個不同權重的訊號會形成非對稱的連接。並且能提升移動物體的感知能力。

圖三

非對稱感知

研究人員透過實驗和模擬了解到。一，強烈對比的亮光對果蠅能產生吸引力。二，T4 T5分別產生亮訊號和暗訊號。同時被抑制時，無法偵測物體移動。三，大腦對陰暗的畫面有較強烈的畫面，這種非對稱的特性能增加物體移動的判斷。

撰文：謝明儒

Reference

Leonhardt, A., Ammer, G., Meier, M., Serbe, E., Bahl, A., & Borst, A. (2016). Asymmetry of Drosophila ON and OFF motion detectors enhances real-world velocity estimation. Nature neuroscience, 19(5), 706-715.