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研究人员报告称,动物的逃跑反应,即决定在哪里以及如何逃离迫在眉睫的威胁,包括食肉动物,比之前认为的更加微妙。
 
“测量对刺激的适当反应是所有动物大脑的基本工作,沐鸣测速网址包括人类……”
 
在一项对斑马鱼幼体的研究中,研究人员首次发现,这种动物天生的逃跑反应结合了临近捕食者的速度——威胁的紧迫性——而不仅仅是在计算如何最好地逃跑时与捕食者的距离。
 
在这项新研究之前,逃跑行为被认为是由接近阈值驱动的,接近阈值是指任何在一定距离内的东西都会触发逃跑。然而,研究人员发现,当捕食者以较慢的速度靠近时,斑马鱼幼体最快的逃跑线路没有被打开;相反,一个不同的电路产生一个更延迟和可变的逸出行为。
 
通过将猎物的神经逃逸反应归因于捕食者的速度和接近程度,研究小组发现了新的信息,可以帮助科学家理解神经机制,从而激发最基本的自我保护本能。
 
西北大学麦考密克工程学院生物医学工程和机械工程教授Malcolm A. MacIver说:“将猎物的逃跑决策完全建立在捕食者靠近的基础上的一个潜在问题是,它无法区分快速靠近的捕食者和缓慢靠近的捕食者。”
 
“我们的工作有助于理解神经系统内部的一个基本权衡:是快速启动一个固定不变的、更可预测的行为,还是延迟响应、计算一个更难以预测的、更可变的行为。”
 
为了研究逃逸反应的神经基础,MacIver、David L. McLean和生物医学工程博士生Kiran Bhattacharyya选择了斑马鱼幼体。
 
这篇论文的第一作者巴塔查里亚说:“斑马鱼幼体是透明的,这让我们能够用体积成像技术来成像整个神经元群的活动,同时监测动物的行为。”
 
西北大学神经生物学副教授麦克莱恩说:“我们可以观察动物的大脑活动。”“研究像斑马鱼这样的生物模型有助于我们理解大脑是如何产生多种行为的。测量对刺激的适当反应是包括人类在内的所有动物大脑的基本工作,这也是我们想要了解的。”
 
MacIver说:“看起来这只动物是在评估风险,如果接近它的捕食者的速度超过了一定的速度,那么猎物就会以最快的速度逃脱。”“如果捕食者来的更慢,猎物就会有更多的选择,也有更多的时间来选择。”
 
利用多神经元成像技术,同时记录下逃跑行为的高速视频,沐鸣登陆网速研究人员发现,面对威胁的速度决定了一种特殊的高速逃跑机制被部署的可能性(由一种叫做Mauthner cell的特殊神经元触发)。当捕食者的接近速度增加时,部署这种特殊逃脱机制的概率也会增加。
 
这种特殊的逃脱机制的优点是反应越快越好,缺点是动作的高度可预测性,这使得某些捕食者能够“侵入”这个回路,诱使猎物直接进入捕食者的嘴巴。在较低的接近速度下,特殊的逃脱电路没有被部署(毛氏细胞没有发射),一个更可变的,虽然延迟,逃脱行为随之而来。
 
麦克莱恩说:“我们的发现表明,这些简单的鱼类正在调整它们对感知到的威胁风险的反应。”
 
“我们自己的大脑从鱼类进化而来,在我们行动之前会权衡许多变量。现在我们知道了鱼在关注什么,我们可以开始探索控制这一基本过程的神经计算。
 
 
鱼类和两栖动物用于紧急威胁的特殊高速逃生回路在爬行动物、鸟类和哺乳动物等完全陆生动物中消失了,而另一种高变异性回路被保留了下来,MacIver说。当动物从水中出现并开始居住在陆地上时,它们的视觉范围急剧增加,允许使用这种替代回路来表达更多变化的行为。