大脑如何判断危险信号 科学家发现“警戒范围”
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小鼠通过视觉刺激是否处于警戒范围来判断危险程度 ， 并采用适当的行为反应 。 中科院深圳先进院供图
在复杂多变的自然环境中 ， 大脑如何快速、简洁、精准地判断天敌信号 ， 并第一时间产生合适的防御反应 ， 是物种得以生存与繁衍的重要前提 ， 也是科学家长期致力于破解的谜题 。
中国科学院深圳先进技术研究院研究员王立平团队近日在“动物大脑快速防御天敌反应的简单策略”方面有了最新发现 ， 相关成果发表于国际学术期刊《BMC生物学》（BMCBiology） 。 该研究揭示了小鼠的大脑在处理视觉线索时 ， 存在一个用于检测天敌的“警戒范围” ， 通过这种方式可以快速识别危险信号 ， 并诱发防御反应 。 助理研究员杨星、刘清晴和博士生钟金玲为该论文的共同第一作者 ， 王立平研究员为通讯作者 。
杨星说 ， 自然环境中充斥着各种复杂的感觉线索 ， 动物需要基于这些线索作出判断 。 一方面 ， 它们需要快速检测到逼近的天敌 ， 并采取恰当的防御行为 ， 来确保自身的安全；另一方面 ， 它们不能对非危险性线索 ， 比如飞过的昆虫做出过度反应 ， 以免白白耗费体力并错失获得食物和配偶的机会 。 这是动物在漫长的进化过程中逐渐形成的本能 ， 对动物的生存和繁衍至关重要 。
“视觉线索是动物快速检测危险的重要依据 ， 此前研究常用一个逐渐扩大的阴影圆盘来模拟捕食者的攻击 ， 并成功诱发了小鼠的本能防御反应 。 这说明 ， 如果只基于某些关键视觉线索进行判断 ， 可能会忽略掉一些细节 。 ”杨星表示 。
那么 ， 动物到底基于哪些视觉线索来判断风险 ， 又有哪些线索是不需要过多关注的呢？在研究过程中 ， 研究团队开发了基于红外触摸屏的小动物行为自动监测系统 。 该系统通过给小鼠设定视觉刺激 ， 记录小鼠在遇到视觉刺激时的反应参数 。
王立平告诉采访人员 ， 科研团队的自动检测系统 ， 可以记录小鼠在装置内的行为数据 ， 比如小鼠大小、位置以及对应的时间 ， 根据这些数据 ， 科研团队可以计算小鼠逃跑的速度、僵直的时间、站立的次数 ， 等等 ， 数据的采集和后续的计算和统计都可由程序完成 ， 可以说这一系统基本实现了小鼠行为数据采集和分析的自动化 。
研究人员通过监测系统 ， 给小鼠呈现一系列以不同速度扩大、具有不同大小的圆盘阴影 ， 记录并量化分析了小鼠由这些视觉刺激引发的行为反应 ， 包括逃跑、僵直和站立等 。 团队发现 ， 小鼠对圆盘阴影的大小变化和扩大速度的检测存在一个“警戒范围” ， 即大小处于10°至40° ， 扩大速度在57°每秒至320°每秒这个范围内的圆盘阴影 ， 更容易引发强烈的逃跑反应 。
王立平说 ， 基于研究中发现的“警戒范围” ， 在进一步的验证中 ， 研究团队根据动物大小和来袭速度 ， 模拟仓鸮、蜻蜓、苍蝇等动物对小鼠的视觉刺激 。
【大脑如何判断危险信号 科学家发现“警戒范围”】团队发现 ， 捕食鼠类的猛禽 ， 如黑翅鸢、仓鸮等 ， 它们在捕食过程中的影像 ， 基本符合小鼠的“警戒范围” ， 而低危险性的视觉线索 ， 如苍蝇、蜻蜓等昆虫靠近的影像 ， 则与“警戒范围”不重合或只有很少的重合 。 由此推测 ， “警戒范围”代表发动攻击的捕食者所具有的共同视觉特征 。
经过系列实验后 ， 团队得出小鼠检测捕食者的策略：小鼠基于视觉线索是否处于警戒范围来做出反应 ， 而不是为不同的天敌“定制”特定的检测机制 ， 这个简单的策略 ， 有助于小鼠快速且精准地辨识真正的危险 。 王立平说 ， 该研究将有助于理解大脑处理危险信号的神经机制及其进化意义 。
中青报·中青网采访人员邱晨辉来源：中国青年报
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