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為(wei) 什麽(me) 魚要低著頭遊泳？

是因為(wei) 頭太大，重心過於(yu) 靠前？

還是因為(wei) 對顏值不自信，隻想低調一點？

其實都不是。

一項新研究證實，它們(men) 隻是不想被周圍事物打擾，隻想“活得更穩”一點......

這其實與(yu) 人走路時可能會(hui) 低頭看人行道是同一個(ge) 道理。

相關(guan) 研究論文以“Optic flow in the natural habitats of zebrafish supports spatial biases in visual self-motion estimation”為(wei) 題，已發表在科學期刊 Current Biology 上。

“不要打擾我”

該研究首次將斑馬魚（Zebrafish）的大腦、原生環境和空間變化的遊泳行為(wei) 的多個(ge) 模擬整合到一個(ge) 計算模型中。

模型分析結果表明，這種在向前遊泳時也向下看的“怪癖”隻是魚類的一種適應性行為(wei) 。

就像在逆流遊泳時那樣，魚類通過這種進化來保持身體(ti) 穩定。

當水流動時，魚會(hui) 努力試圖保持穩定以停留在原地，而不被流動的水流衝(chong) 走。
如果它們(men) 在水中東(dong) 張西望地遊動，就會(hui) 得到一種正在移動的錯覺。

如果它們(men) 低頭看著河床遊動，就能更好地判斷當時的遊動方向和速度。

對此，該論文的第一作者和通訊作者、美國西北大學計算機科學助理教授 Emma Alexander 表示：

“就像坐在一節靜止的火車車廂內(nei) ，如果旁邊的火車開始駛離車站，你就會(hui) 誤以為(wei) 自己也在移動。”

“來自另一列火車的視覺暗示，超越了你在正靜坐的事實。”

也就是說，對於(yu) 遊動的魚來說，周圍有很多誤導性的運動信號，而最可靠的信號是來自河底。

走，去印度

為(wei) 了搞清楚這一問題，Alexander 團隊及其合作者研究了斑馬魚（一種被廣泛研究的模式生物）。

雖然許多實驗室都有斑馬魚，但他們(men) 還是希望在原生環境下開展這一研究。

“最近發現，魚對下方運動的反應比上方運動更強烈。我們(men) 想要深入挖掘這個(ge) 謎團，並了解其中的原因。”

“原生棲息地塑造了它們(men) 的大腦和行為(wei) 的進化，我們(men) 需要回到源頭，調查這種生物發育的背景。” Alexander 解釋道。

於(yu) 是，他們(men) 帶著拍攝設備，來到了印度。

他們(men) 走訪了印度的七個(ge) 地點，並收集了斑馬魚自然生活的淺水河流的視頻數據。

他們(men) 將一個(ge) 360 度相機裝入一個(ge) 防水潛水箱中，並將其連接到一個(ge) 遙控機械臂上，然後用機械臂將相機投入水中並移動它。

Alexander 說，“我們(men) 把‘眼睛’放在了魚眼睛應該在的地方，所以我們(men) 看到的是魚看到的東(dong) 西。”

“從(cong) 視頻數據中，我們(men) 能夠模擬假想場景，模擬魚在現實環境中任意移動。”

斑馬魚：等等我！！

回到實驗室後，Alexander 團隊及其合作者還追蹤了斑馬魚在一個(ge) LED 球內(nei) 的運動。

因為(wei) 魚的視野很大，所以它們(men) 不需要像人那樣移動眼睛來四處看。

於(yu) 是，他們(men) 通過燈光給出運動刺激，然後觀察魚的反應。

觀察發現，當魚缸底部出現圖案時，魚會(hui) 隨著移動的圖案遊動。

這就表明，魚是通過向下看來獲取視覺線索的。

“如果你播放帶有移動條紋的視頻，魚就會(hui) 隨著條紋移動。”

“就好像它們(men) 在說，‘等等我’，我們(men) 計算了它們(men) 的搖尾節拍，它們(men) 搖動地越厲害，就越想跟上移動的條紋。”

他們(men) 從(cong) 視頻中提取數據，並將其與(yu) 運動信號如何被編碼到魚的大腦中的數據相結合。

然後，他們(men) 將數據集輸入兩(liang) 種用於(yu) 研究光流（或我們(men) 眼睛或相機鏡頭觀察到的運動）算法中。

最終，他們(men) 發現，在野外和實驗室兩(liang) 種情況下，斑馬魚在向前遊動時都是向下看的。

圖｜斑馬魚幼蟲的遊動是由下部視野信號驅動的。（來源：該論文）

於(yu) 是，Alexander 等人得出了文章開頭提到的結論：

魚類向下看是為(wei) 了理解周圍環境的運動信號，然後通過遊泳來避免被流動的水衝(chong) 走。

水麵在不斷移動，其他魚類和植物也在移動。魚最好忽略這些信息，專(zhuan) 注於(yu) 更下麵的信號。

河床有很多紋理，所以魚可以看到它們(men) 可以跟蹤的強烈特征。

此外，研究團隊也表示，這一研究結果不僅(jin) 讓我們(men) 對魚類的行為(wei) 有了一些了解，還可以為(wei) 人工視覺係統和複雜的仿生機器人的設計提供信息。

“如果你正在製作一個(ge) 以魚為(wei) 靈感的機器人，你隻看它的解剖結構，你可能會(hui) 想‘它的眼睛朝向一邊，所以相機也要朝向一邊’。”

但事實證明，魚把眼睛向一邊看是在平衡任務，向上看是為(wei) 了捕獵，向下看是為(wei) 了遊泳。

參考資料：

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