蒼蠅如何不撞牆？揭開牠們「視覺導航系統」的秘密

當你快速走路或奔跑時，眼前的景物會迅速移動，形成一種稱為「視覺流（optic flow）」的影像變化。如果沒有一套穩定視線與調整方向的系統，你很可能會撞上障礙物。人類與許多動物都發展出處理這些視覺訊號的神經機制，而果蠅（Drosophila melanogaster）的「導航智慧」更是超乎想像。

一篇發表於《Nature Neuroscience》的最新研究指出，果蠅大腦中存在一種特殊的「競爭性去抑制（competitive disinhibition）」神經網路，能幫助牠們在快速移動時依然準確辨認轉向訊號，進而做出精確的方向調整。這種神經迴路的設計不僅讓果蠅在混亂的視覺環境中保持穩定前進，也為開發更聰明的機器視覺系統提供了靈感。

當果蠅往前走時，兩眼所看到的視覺流會大致對稱；但若牠身體有轉向（例如向左偏），視覺流就會產生左右不對稱。大腦必須從這些變化中分辨出是「前進」還是「轉彎」，才能調整飛行或行走方向。問題是，當果蠅動作加快，前進的平移訊號會變強、蓋過原本微妙的旋轉訊號。這時，大腦該怎麼「撥雲見日」、抓出真正有用的轉向線索？

研究團隊利用電子顯微鏡重建果蠅的神經網路，並搭配雙光子顯微成像技術觀察神經活動，找出一條從視覺處理區「水平系統神經元（HS）」出發，經過多層中介，再傳遞到運動控制區「DNp15神經元」的路徑。在這條路徑中，有一群關鍵的中介神經元（如 bIPS 與 uLPTCrn），負責抑制某些輸入、放大其他訊號，最終讓下游的 DNp15 更敏感於「旋轉」而非「平移」的視覺訊號。

這個神經網路的設計關鍵在於「去抑制」：當果蠅的兩眼看到不同的視覺訊號（表示可能正在轉彎），中介層的抑制作用就會解除，讓這些不對稱訊號得以強化傳遞下去。而當視覺流是對稱的（表示只是直線前進），這些神經元則會強烈抑制輸出，避免誤判為轉向。這種「競爭性去抑制」的設計，使得大腦能根據雙眼之間的微妙差異，穩定地判斷身體的旋轉動作，即使在高速移動時也不失準確性。

研究進一步利用基因技術，分別關閉果蠅左右兩側的 DNp15 或 bIPS 神經元，發現當其中一側被關閉時，果蠅在自由行走時會持續向反方向偏移，顯示這些神經元的「不對稱活動」與轉向行為密切相關。

這項研究不僅解答了果蠅如何能在複雜環境中快速做出轉向決策，也提供了未來開發自動導航系統的重要參考。若能模仿這種神經網路設計，未來的機器人或自駕車也許能更靈巧地處理視覺訊號，避開障礙、即時調整方向，真正做到「像蒼蠅一樣靈敏」。

＊使用ChatGPT 4o協助編輯文字

撰文：廖晨絜

Reference:

Erginkaya, M., Cruz, T., Brotas, M., Marques, A., Steck, K., Nern, A., Torrão, F., Varela, N., Bock, D. D., Reiser, M., & Chiappe, M. E. (2025). A competitive disinhibitory network for robust optic flow processing in Drosophila. Nature Neuroscience.

https://doi.org/10.1038/s41593-025-01948-9