Вашингтон [US]6 ноября (ANI): согласно новым симуляциям, рыбы смотрят вниз во время плавания, потому что стабильное русло реки под ними дает более достоверную информацию о направлении и скорости их движения.
Исследование, опубликованное в журнале Current Biology, является первым, в котором симуляции мозга рыбок данио, природной среды и пространственно меняющегося поведения при плавании объединены в одну вычислительную модель. Анализируя эту модель, исследователи пришли к выводу, что эта причуда смотреть вниз во время плавания вперед — это адаптивное поведение, которое развилось, чтобы помочь рыбе самостабилизироваться, как при плавании против течения.
Когда вода движется, рыба постоянно пытается стабилизироваться, чтобы оставаться на месте, а не уносится течением. Сосредоточение внимания на других рыбах, растениях или мусоре может дать рыбе ложное ощущение, что она движется. Однако стабильное русло реки под ними дает рыбам более достоверную информацию о направлении и скорости их движения.
«Это похоже на то, как если бы вы сидели в вагоне поезда, который не движется. Если поезд рядом с вашим начинает отъезжать от станции, это может заставить вас думать, что вы тоже движетесь», — сказала Эмма Александер из Northwestern, возглавлявшая группу. исследование. «Визуальный сигнал от другого поезда настолько силен, что перекрывает тот факт, что все ваши другие чувства говорят вам, что вы сидите неподвижно. Это точно такое же явление, которое мы изучаем у рыб. их, но самые обильные и надежные сигналы идут со дна реки».
Также читайте | Онлайн-мошенничество в Западной Бенгалии: двое задержаны за обман инвесторов на 32 крор рупий во время пандемии COVID-19.
Александр — доцент компьютерных наук в Инженерной школе Маккормика на Северо-Западе, где она руководит лабораторией Bio Inspired Vision Lab.
Для проведения исследования Александр и ее сотрудники сосредоточились на рыбках данио, хорошо изученном модельном организме. Но, хотя во многих лабораториях есть аквариумы, полные рыбок данио, команда хотела сосредоточиться на естественной среде обитания рыб в Индии.
«Недавно было обнаружено, что рыбы сильнее реагируют на движение под ними, чем на движение над ними. Мы хотели разобраться в этой тайне и понять, почему», — объяснил Александр. «Многие рыбки данио, которых мы изучаем, растут в лабораторных аквариумах, но их естественная среда обитания сформировала эволюцию их мозга и поведения, поэтому нам нужно было вернуться к источнику, чтобы исследовать контекст, в котором развивался организм».
Вооружившись фотоаппаратурой, команда посетила семь мест по всей Индии, чтобы собрать видеоданные о мелководных реках, где естественным образом живут рыбки данио. Полевая группа поместила 360-градусную камеру в водонепроницаемый чехол для дайвинга и прикрепила ее к дистанционно управляемой роботизированной руке. Затем они использовали роботизированную руку, чтобы погрузить камеру в воду и перемещать ее.
«Это позволило нам поместить наши глаза туда, где должны быть глаза рыб, так что мы видим то, что видят рыбы», — сказал Александр. «Используя видеоданные, мы смогли смоделировать гипотетические сценарии, в которых смоделированная рыба произвольно перемещалась в реалистичной среде».
Вернувшись в лабораторию, команда также отслеживала движения рыбок данио внутри шара из светодиодов. Поскольку у рыб большое поле зрения, им не нужно двигать глазами, чтобы осмотреться, как это делают люди. Итак, исследователи запускали стимулы движения через свет и наблюдали за реакцией рыб. Когда на дне аквариума появлялись узоры, рыбы плавали вместе с движущимися узорами — еще одно свидетельство того, что рыба воспринимала визуальные сигналы, глядя вниз.
«Если вы воспроизведете видео с движущимися полосками, рыба будет двигаться вместе с полосками», — сказал Александр. «Как будто они говорят: «Жди меня!» В поведенческом эксперименте мы подсчитывали удары их хвоста. Чем больше они виляли хвостом, тем больше им хотелось не отставать от движущихся полосок».
Затем команда абстрагировала данные из своих видео и объединила их с данными о том, как сигналы движения кодируются в мозгу рыбы. Они ввели наборы данных в два ранее существовавших алгоритма, используемых для изучения оптического потока (или движения мира через наши глаза или объективы камер).
В конце концов, они обнаружили, что в обоих сценариях — в дикой природе и в лаборатории — рыбки данио смотрят вниз, когда плывут вперед. Исследователи пришли к выводу, что рыба смотрит вниз, чтобы понять движение окружающей среды, а затем плывет, чтобы противодействовать ему — чтобы ее не унесло прочь.
«Мы связали все вместе в симуляцию, которая показала, что на самом деле это адаптивное поведение», — сказал Александр, руководивший вычислительной частью исследования. «Поверхность воды постоянно движется, а другие рыбы и растения движутся мимо. Рыбам лучше не обращать внимания на эту информацию и сосредоточиться на информации под ними. Русла рек имеют много текстур, поэтому рыбы видят отчетливые особенности, которые они могут отслеживать».
Эта информация не только дает некоторое представление о поведении рыб, она также может использоваться при разработке систем искусственного зрения и сложных роботов, созданных на основе биотехнологий.
«Если бы вы делали робота, вдохновленного рыбой, и просто смотрели на его анатомию, вы могли бы подумать: «глаза смотрят вбок, поэтому я собираюсь направить свои камеры вбок», — сказал Александр. «Но оказывается, что глаза смотрят вбок, потому что они уравновешивают несколько задач. Мы думаем, что они смотрят вбок, потому что это компромисс — они смотрят вверх, чтобы охотиться, и вниз, чтобы плавать». (АНИ)
(Это неотредактированная и автоматически сгенерированная история из синдицированной новостной ленты, сотрудники LatestLY, возможно, не изменяли и не редактировали основную часть контента)
:quality(70)/cloudfront-eu-central-1.images.arcpublishing.com/irishtimes/GJ53IEU3HFAVZLRF34D7IU77UQ.JPG?resize=150%2C150&ssl=1)
