英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的科學(xué)家在昆蟲(chóng)大腦中發(fā)現(xiàn)了計(jì)算3D距離和方向的神經(jīng)元。了解這些可能有助于提高和發(fā)展機(jī)器人視覺(jué)應(yīng)用。

在第一次在顯微鏡下拍攝的令人驚嘆的圖像中，神經(jīng)元在螳螂身上被發(fā)現(xiàn)。這項(xiàng)工作今天發(fā)表在Nature Communications上。

在一個(gè)特別設(shè)計(jì)的昆蟲(chóng)電影院里，螳螂戴上3D眼鏡，觀看模擬昆蟲(chóng)的3D電影，同時(shí)監(jiān)測(cè)它們的大腦活動(dòng)。當(dāng)這種蟲(chóng)子的圖像進(jìn)入掠食性攻擊的攻擊范圍時(shí)，科學(xué)家羅尼·羅斯納(Ronny Rosner)博士能夠記錄下單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。

羅斯納博士是紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所的研究員，也是該論文的主要作者。

他說(shuō):“這有助于我們解答昆蟲(chóng)是如何用如此微小的大腦實(shí)現(xiàn)令人驚訝的復(fù)雜行為的，理解這一點(diǎn)有助于我們開(kāi)發(fā)更簡(jiǎn)單的算法，從而開(kāi)發(fā)出更好的機(jī)器人和機(jī)器視覺(jué)?！?/p>

3D神經(jīng)元

螳螂用三維感知，科學(xué)上稱(chēng)為立體視覺(jué)，來(lái)狩獵。通過(guò)利用兩個(gè)視網(wǎng)膜之間的差異，它們能夠計(jì)算距離，并在獵物觸手可及時(shí)觸發(fā)前腿的攻擊。記錄下來(lái)的神經(jīng)元被染色，顯示出它們的形狀，這使得研究小組能夠識(shí)別出四類(lèi)可能與螳螂立體視覺(jué)有關(guān)的神經(jīng)元。

用高倍顯微鏡拍攝的圖像顯示了神經(jīng)細(xì)胞的樹(shù)突狀結(jié)構(gòu)——神經(jīng)細(xì)胞接收來(lái)自大腦其他部分的輸入——這被認(rèn)為是導(dǎo)致這種行為的原因。

羅斯納博士解釋說(shuō) ：“盡管螳螂的大腦體積很小，但卻含有數(shù)量驚人的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元似乎專(zhuān)門(mén)用于三維視覺(jué)。這表明螳螂的深度感知比我們想象的要復(fù)雜。雖然這些神經(jīng)元計(jì)算距離，但我們?nèi)匀徊恢谰唧w是如何計(jì)算的”。

“即便如此，由于它們的大腦比我們的大腦小得多，我們希望螳螂能幫助我們開(kāi)發(fā)出更簡(jiǎn)單的機(jī)器視覺(jué)算法?！?/p>

這項(xiàng)更廣泛的研究項(xiàng)目由勒沃休姆信托基金(Leverhulme Trust)資助，由紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)(Newcastle University)視覺(jué)科學(xué)教授珍妮?里德(Jenny Read)領(lǐng)導(dǎo)。

她說(shuō) ：“在某些方面，螳螂身上的特征與我們?cè)陟`長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物視覺(jué)皮層中看到的相似。當(dāng)我們看到兩個(gè)完全不同的物種獨(dú)立地進(jìn)化出類(lèi)似的解決方案時(shí)，我們知道這一定是解決3D視覺(jué)的一個(gè)很好的方法”。

“但我們也在3D視覺(jué)回路中發(fā)現(xiàn)了一些反饋回路，這在脊椎動(dòng)物中還沒(méi)有報(bào)道過(guò)。我們的3D視覺(jué)很可能包含類(lèi)似的反饋回路，但在不那么復(fù)雜的昆蟲(chóng)大腦中，識(shí)別它們要容易得多，這為我們探索提供了新的途徑?！?/p>

這是第一次有人在無(wú)脊椎動(dòng)物的大腦中識(shí)別出特定的神經(jīng)元類(lèi)型，這些神經(jīng)元與三維空間中的位置相協(xié)調(diào)。

紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的研究小組打算進(jìn)一步發(fā)展他們的研究，以便更好地理解螳螂相對(duì)簡(jiǎn)單的大腦的計(jì)算，目的是開(kāi)發(fā)更簡(jiǎn)單的機(jī)器和機(jī)器人視覺(jué)算法。