发布时间：2024-03-14 17:09:45 栏目：精选百科
—如果篮球队的所有成员除了自己的眼睛之外还能通过彼此的眼睛看到东西，那将改变游戏规则。哥伦比亚祖克曼研究所的一个研究小组发现了证据，表明这种集体感知发生在紧密结合的非洲弱电鱼(也称为象鼻鱼)群体中。这种感官情报的即时共享可以帮助鱼找到食物、朋友和敌人。
“在工程中，发射器和接收器组一起工作以改善传感是很常见的，例如在声纳和雷达中。我们发现，使用电脉冲感知环境的鱼群中可能会发生类似的情况。这些鱼在小群体中的‘视力’似乎要好得多。” 哥伦比亚大学祖克曼研究所首席研究员兼哥伦比亚瓦格洛斯内外科医学院神经科学教授 纳撒尼尔·索特尔博士说。
在《自然》杂志今天在线发表的一篇论文中，Sawtell 博士和博士后研究员 Federico Pedraja 博士结合了多种证据，认为他们研究的电鱼品种Gnathonemus petersii实现了闪电般的集体感知壮举以前从未在生物学中记录过。
科学家们早就知道，电鱼能够感知它们投射到水景中的电场的变化，就像蝙蝠和海豚发出的声音信号一样。这些鱼依靠皮肤上发射和感知电场的特殊器官来进行交流。他们还将它们用于电子版本的回声定位，以检测、跟踪和区分水环境中的各种物体。
G. petersii电鱼生活在黑暗、浑浊的非洲河流栖息地，那里鱼的眼睛价值有限。在以工程思维思考这一挑战时，博士。Pedraja 和 Sawtell 推测，这种鱼可能已经进化出了类似于联网雷达和声纳系统的感知能力，这些系统的多个单元可以协作检测比单独的未连接单元更远、更详细的物体。
为了测试这种集体感知原理是否适用于电鱼，研究人员首先开发了一个计算机模型，可以在其中模拟鱼的电环境。他们分析了个体电鱼是否更擅长通过利用附近鱼发出的信号来检测物体。
“将这些外部信号视为附近电鱼自动产生的物体的电子图像，并以光速传输到附近的鱼，”佩德拉贾博士说。“我们的研究表明，一组中的三条鱼几乎同时会收到同一场景的三种不同的“电视图”。” 索特尔博士补充道。
Sawtell 博士指出，模拟研究最有说服力的结果是集体传感可以将电鱼的电子定位范围扩大至三倍。研究人员表示，如此大的感官增强几乎肯定会带来生存益处。
然后，研究人员开始在G. petersii中寻找这种能力的实际神经基础。大脑中负责电传感系统的部分的记录表明，鱼对自身的放电以及来自其他电鱼或实验室生成的模拟信号的外部电信号做出反应。让科学家们特别兴奋的是，大脑活动模式与模拟研究表明研究人员可能在神经记录中看到的情况非常吻合。
行为观察提供了更多证据，证明鱼确实参与了集体感知。在水箱中，鱼呈直线和直角排列，计算机模型显示这有利于集体感知。此外，鱼之间一种电对话的录音具有高度精确的轮流，其中鱼严格交替地发出放电。作者推测，这种行为(以前被称为“回声反应”)可能在协调集体感知中发挥关键作用。
随着研究人员发现了一种新的感官能力，更多令人着迷的问题也随之出现。
“这些鱼的大脑与身体质量比是地球上所有动物中最大的，”索特尔博士说。“也许这些巨大的大脑是快速、高度复杂的社会感知和集体行为所必需的。”
研究人员指出，更多地了解所涉及的大脑机制可以为水下自动驾驶车辆和医学成像等应用的人工传感技术提供线索。
哥伦比亚大学祖克曼心脑行为研究所的 Federico Pedraja 和 Nathaniel Sawtell 的论文《电鱼的集体感知》于 2024 年 3 月 6 日在线发表在《自然》杂志上。
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