英國紐卡斯爾大學的科學家在昆蟲大腦中發現了計算3D距離和方向的神經元。了解這些可能有助于提高和發展機器人視覺應用。

在第一次在顯微鏡下拍攝的令人驚嘆的圖像中，神經元在螳螂身上被發現。這項工作今天發表在Nature Communications上。

在一個特別設計的昆蟲電影院里，螳螂戴上3D眼鏡，觀看模擬昆蟲的3D電影，同時監測它們的大腦活動。當這種蟲子的圖像進入掠食性攻擊的攻擊范圍時，科學家羅尼·羅斯納(Ronny Rosner)博士能夠記錄下單個神經元的活動。

羅斯納博士是紐卡斯爾大學神經科學研究所的研究員，也是該論文的主要作者。

他說:“這有助于我們解答昆蟲是如何用如此微小的大腦實現令人驚訝的復雜行為的，理解這一點有助于我們開發更簡單的算法，從而開發出更好的機器人和機器視覺。”

3D神經元

螳螂用三維感知，科學上稱為立體視覺，來狩獵。通過利用兩個視網膜之間的差異，它們能夠計算距離，并在獵物觸手可及時觸發前腿的攻擊。記錄下來的神經元被染色，顯示出它們的形狀，這使得研究小組能夠識別出四類可能與螳螂立體視覺有關的神經元。

用高倍顯微鏡拍攝的圖像顯示了神經細胞的樹突狀結構——神經細胞接收來自大腦其他部分的輸入——這被認為是導致這種行為的原因。

羅斯納博士解釋說 ：“盡管螳螂的大腦體積很小，但卻含有數量驚人的神經元，這些神經元似乎專門用于三維視覺。這表明螳螂的深度感知比我們想象的要復雜。雖然這些神經元計算距離，但我們仍然不知道具體是如何計算的”。

“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發出更簡單的機器視覺算法。”

這項更廣泛的研究項目由勒沃休姆信托基金(Leverhulme Trust)資助，由紐卡斯爾大學(Newcastle University)視覺科學教授珍妮?里德(Jenny Read)領導。

她說 ：“在某些方面，螳螂身上的特征與我們在靈長類動物視覺皮層中看到的相似。當我們看到兩個完全不同的物種獨立地進化出類似的解決方案時，我們知道這一定是解決3D視覺的一個很好的方法”。

“但我們也在3D視覺回路中發現了一些反饋回路，這在脊椎動物中還沒有報道過。我們的3D視覺很可能包含類似的反饋回路，但在不那么復雜的昆蟲大腦中，識別它們要容易得多，這為我們探索提供了新的途徑。”

這是第一次有人在無脊椎動物的大腦中識別出特定的神經元類型，這些神經元與三維空間中的位置相協調。

紐卡斯爾大學的研究小組打算進一步發展他們的研究，以便更好地理解螳螂相對簡單的大腦的計算，目的是開發更簡單的機器和機器人視覺算法。