為什麼果蠅追蹤對象時不會轉錯方向？從神經科學看「自動導航」的奧祕
當果蠅雄性在求偶時，他必須不斷追著前方快速移動的雌蠅。這個看似簡單的行為，其實涉及一套極其精巧的神經控制系統。近期一項來自哈佛醫學院的研究揭示，果蠅的視覺追蹤系統中，存在兩條平行但分工不同的神經通路，幫助牠在變化多端的情境中做出精準決策。
追蹤行為的挑戰：讓對象保持在視野正中央
想像你正在走路追一個忽左忽右跑的朋友。你必須不斷微調方向，確保對方維持在你眼前。這就是所謂的「視覺追蹤」。在工程學中，這類行為可被視為「回饋控制系統」：大腦持續比較目前的影像與預期目標之間的差距（誤差），並根據誤差調整行動。
但這個控制系統不能太「死板」。如果反應太弱，就會錯過對方；反應太強，又可能來回過度修正，導致搖擺不定。因此，果蠅的大腦必須「適應性地」調整回饋強度，也就是調整「增益」，根據情境變化做出最合適的反應。
兩條通路，兩種策略
研究團隊發現，這個回饋系統其實包含兩條平行的神經通路：
• AOTU025 負責偵測在視野邊緣的移動物體，幫助果蠅「大致」把對象導向視野中央。
• AOTU019 則聚焦在視野正中央，專門負責「精細」的微調，確保對象保持在正中央。
這種分工不僅提升了追蹤的精準度，也能在快速移動中避免系統不穩或過度修正。
精準修正的關鍵：方向感知與生理狀態
有趣的是，AOTU019 不只是「看位置」，它還能「看方向」。當對象正逐漸偏離視野中央時，這條通路的反應會加強，引導果蠅做出更積極的轉向行為。這就像開車時發現車子偏離車道，車道維持系統會自動加強修正力道。
此外，果蠅的生理狀態也會影響這套系統。例如，在「性喚起」狀態下（由特定神經元激活），AOTU019 的活動顯著提升，讓果蠅更專注、更有效率地追蹤對象。當牠奔跑得更快時，這條通路的反應也會更強，確保即使在高速移動下也不會偏離目標。
把控制理論搬進生物腦中
研究團隊將這整套神經迴路比喻為「生物版本的自動控制系統」。不僅有誤差偵測與修正，還引入了方向偏移率的資訊（即誤差變化的方向），這與工程學中的「微分控制」概念相似。這種設計能讓果蠅在最需要精準的時候（例如目標即將脫離視線時）快速反應，同時避免過度修正。
小腦袋，大智慧
這項研究強調，哪怕是體型微小的果蠅，其大腦也進化出高度專業化且彈性的神經策略。透過設計精密的神經迴路，果蠅能在快速變化的環境中靈活應對，完成求偶等高度競爭的行為任務。
對於人類而言，這不僅是對昆蟲行為的好奇探索，更提供了一個靈感來源：在人工智慧與機器人發展中，如何透過模仿自然的控制策略，設計更穩定、更靈敏的系統。
使用chatGPT 4o協助編輯
撰文：廖晨絜
Reference:
Collie, M. F., Jin, C., Kellogg, E., Vanderbeck, Q. X., Hartman, A. K., Holtz, S. L., & Wilson, R. I. (2025). Specialized parallel pathways for adaptive control of visual object pursuit. bioRxiv, 2025-04.
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