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蒼蠅沒有立體視覺,憑什麼能精準躲開你的手?

夏天揮手去拍一隻果蠅,十有八九撲空,牠總能在千鈞一髮之際拐個彎溜走。這個腦袋只有針尖大、神經元數量還不到人類百萬分之一的小東西,是怎麼在雜亂的三維空間裡高速穿梭、還幾乎從不撞牆的? 一支科學團隊最近給出了一個相當漂亮的答案:果蠅靠的是「運動」本身。 我們的眼睛(還有果蠅的複眼)本質上都是把三維世界「拍扁」成一張二維影像的相機。可要在空間裡活動,大腦必須知道每樣東西離自己有多遠。 人類主要靠一個巧妙的辦法:兩隻眼睛分開一段距離,看到的畫面略有差異,大腦透過比對這點差異來判斷遠近,而這就是立體視覺。可果蠅不行。牠的複眼解析度極低,兩眼間距又太小,靠雙眼視差估算距離既不準也不可靠。 那牠到底靠什麼? 答案是一個所有人都體驗過、卻很少留意的現象:運動視差。 坐在飛馳的高鐵上往窗外看,近處的電線桿、護欄「唰唰」地向後飛掠,而遠處的山幾乎紋絲不動。同樣的道理,當你在空間中移動時,近處的物體在視網膜上劃過得快,遠處的物體劃過得慢。這種因為自身運動而產生的、遍布整個視野的影像流動,科學家稱之為「光流」(optic flow)。 對果蠅來說,這簡直是天賜的禮物:牠幾乎無時無刻不在飛行,自身的運動會源源不斷地自動產生光流,而光流裡恰恰編碼著關於距離的豐富資訊。 不過有個前提:光流分兩種。原地打轉時產生的「旋轉光流」,遠近物體劃過的速度是一樣的,幫不上忙;只有沿直線飛行時產生的「平移光流」,才真正攜帶了深度資訊。有意思的是,果蠅飛行時會主動把轉向壓縮成短促的「急轉彎」,其餘時間盡量保持直線飛行,相當於自動把有用的平移光流最大化了。 為了搞清楚大腦怎麼把光流翻譯成距離,研究者做了一件很「科幻」的事:把果蠅固定在一個半球形投影螢幕的中央,給牠播放各種虛擬三維場景,同時用雙光子鈣成像技術,即時監測牠視覺系統裡成百上千個運動偵測神經元的活動。 這些神經元叫 T4 和 T5 細胞,是果蠅視覺裡最基礎的「運動偵測器」每個只對某一個方向的運動敏感,密密麻麻地鋪滿整個視野,像一張感光的網。 真正精彩的發現在這裡。 研究者讓虛擬場景裡的「牆」由遠及近地逼近果蠅,觀察神經元怎麼反應: - 當牆很遠時,它的影像在視網膜上移動得慢,只有牆所在位置的少數幾個神經元被點亮; - 當牆很近時,影像飛快掠過,相鄰的一大片神經元幾乎同時被活化。 問題是,單個神經元其實很快就「飽和」了,就像音量已經開到最大,物體再近,它也...

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