增强现实中的电鱼揭示了动物如何“主动感知”周围的世界

蝙蝠和海豚发出声波来感知周围环境；像电池一样，电鱼可以发电，帮助它们在庇护所挖洞时探测动静；人类利用微小的眼球运动来感知视野中的物体。

每一个都是“主动感知”的例子——这是一种在动物王国中发现的过程，涉及产生运动、声音或其他信号，以收集关于外部环境的感官反馈。然而，到目前为止，研究人员一直试图了解大脑是如何控制主动感知的，部分原因是主动感知行为与其产生的感官反馈密切相关。

在一项新的研究中，来自新泽西理工学院和约翰霍普金斯大学的研究人员利用增强现实技术改变了这种联系，并揭开了主动感应运动和感官反馈之间的神秘动态。结果表明，一种特殊的弱电流鱼(即烟青鱼)的微妙主动感觉运动是由感觉反馈控制的，这有助于增强鱼获得的感觉信息。这项研究表明，鱼类使用双重控制系统来处理主动诱导运动的反馈，这种反馈可能在动物中普遍存在。

研究人员表示，发表在《当代生物学》杂志上的结果可能会对神经科学领域和新人工系统的设计产生影响——从自动驾驶汽车到合作机器人。

“最令人兴奋的是，这项研究使我们能够以一种做梦的方式探索反馈超过10年，”负责NJIT研究的生物学副教授埃里克福琼说。“这可能是首次使用增强现实技术实时检测这种基于运动的主动感知的基本过程的研究。几乎所有的动物都用它来感知周围的环境。”

青鱼是一种生活在亚马逊河流域的电鱼。它隐藏在庇护所里，以避免其环境中捕食者的威胁。作为他们辩护的一部分，《财富》杂志称，这一物种及其亲属可以表现出像磁铁一样在其避难所中保持固定位置的能力，这种能力被称为站立位置。《财富》杂志的团队试图了解鱼类如何通过破坏鱼类感知自己相对于避难所的运动方式来控制这种感知行为。

《财富》杂志说：“我们很久以前就知道这些鱼会跟随它们避难所的位置，但最近我们发现它们产生的微小运动让我们想起了人们眼中的微小运动。”“这促使我们设计了我们的增强现实系统，看看我们是否可以通过实验在不完全断开它们的情况下干扰这些鱼的感觉和运动系统之间的关系。到目前为止，这很难做到。”

为了调查，研究人员将弱电流鱼放入带有人工遮蔽物的实验缸中，该实验缸可以根据鱼运动的实时视频跟踪自动来回穿梭。研究小组在两种实验中研究了如何改变鱼在避难所中的行为和运动：“闭环”实验，鱼的运动与避难所的穿梭运动同步；以及“开环”实验，在这个实验中，保护区的运动被“重放”给鱼，就像从录音机中一样。值得注意的是，研究人员发现，当增强现实系统的积极“反馈增益”时，鱼在闭环实验中游得最远，以获得感官信息。

“从鱼的角度来看，闭环和开环实验中的刺激是完全一样的，但从控制的角度来看，一个测试与行为有关，另一个无关，”诺亚考恩教授说。他是这项研究的合著者。“这类似于一个人在穿过房间时，房间的视觉信息可能会发生变化，而不是这个人在观看穿过房间的视频。”

“事实证明，当刺激由个体控制时，鱼的行为会有所不同，刺激会反馈给它们，”财富补充道。“这个实验表明，我们观察到的现象是由于鱼类从自身运动中获得的反馈。基本上，这种动物似乎知道它正在控制周围的感官世界。”

根据《财富》杂志的研究结果，鱼类可能使用两个控制回路，这可能是其他动物感知周围环境的共同特征——一个用于管理来自主动感应运动的信息流的控制，另一个用于控制信息。告知电机功能。

《财富》杂志说，他的团队现在正试图研究鱼类中负责每个控制回路的神经元。他还表示，这项研究及其成果可能适用于人类活动感知行为的研究，或者工程师开发先进的机器人技术。

“我们希望研究人员能够进行类似的实验，以了解更多关于人类视觉的知识，这可以为我们提供关于我们自己的神经生物学的宝贵知识，”财富杂志说。“同时，由于动物在视觉和运动控制方面比任何设计的人工系统都好得多，我们认为工程师可以将我们公布的数据转化为更强大的反馈控制系统。”。

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