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珊瑚礁鱼的逃逸反应遵循简单的行为规则

逃避感知威胁的逃避反应是整个动物界的一种基本行为,实验室研究已经确定了控制这种行为的专门神经回路。然而,了解这些神经回路如何在复杂的自然环境中运作一直是一个挑战。

加州大学圣克鲁兹分校和NOAA渔业研究人员领导的一项新研究利用巧妙的实验设计来记录和分析珊瑚礁鱼类的逃逸反应,从而克服了这一挑战。11月12日发表在“美国国家科学院院刊”上的研究结果揭示了一系列明确的决策规则如何在各种珊瑚礁鱼类中产生逃避行为。

“我们将实验室研究中使用的方法应用到复杂的自然环境中,发现相同的行为机制似乎也适用。一组简单的规则以不同的方式组合,以产生一系列丰富的行为来实现这一基本目标:避免被杀,“第一作者Andrew Hein说,他是加州大学圣克鲁兹海洋科学研究所的助理研究员,也是圣克鲁斯NOAA渔业实验室的研究生态学家。

研究中的珊瑚礁鱼类以浅礁滩中的藻类为食,它们很容易受到海鳗和礁鲨等食肉动物的攻击。为了模拟威胁,研究人员采用了一种广泛使用的视觉刺激,称为隐约刺激,一种黑点,其大小缓慢然后迅速增长,产生快速接近物体的错觉。在法属波利尼西亚Mo'orea的珊瑚礁上部署的防水平板电脑发挥了迫在眉睫的刺激作用,而摄像机则记录了游泳到平板电脑前方区域的鱼的反应。然后研究人员使用计算机视觉技术来分析视频。最初由视频游戏设计师开发的自动跟踪和称为“射线投射”的方法允许他们重建每条鱼在决定是否逃离威胁时所看到的内容。他们发现,鱼类利用与已知的织机敏感神经回路的动力学相匹配的决策规则,响应威胁刺激的感知大小和扩张速率,开始逃跑动作。

“神经科学家在实验室研究中发现的同样的行为回路似乎在更复杂的自然环境中运作,”Hein说。“但我们也发现了一些新的东西:对迫在眉睫的刺激的敏感性会根据其他鱼类的位置而上调或下调。如果一个人是最接近刺激物的人,那么它比其他人更容易逃跑。它与威胁之间的鱼。“

逃生反应的第三个因素是一个安全的避难场所,由实验区旁边的墩珊瑚提供。对刺激的最初反应是迅速摆脱威胁,但几乎立即鱼开始转向避难所并直接向它游泳。

“当你看到他们采取的路径时,它看起来像意大利面条 - 它们都是不同的 - 但分析显示它们都是由同一套简单的行为规则产生的,”Hein说。

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