2022年01月12日 09:00 新浪科技綜合 研究人員利用人工智能和化學藥品,研究蜘蛛在織網時的細節,以及腦部的編碼過程。 撰文|Michelle Starr 翻譯|魏書豪 審校|王昱 雖然有的蜘蛛可以小到在你的指甲上跳華爾茲,但它們能夠完成令人歎為觀止的美麗又複雜的工程。 毫無疑問,這個工程就是蜘蛛網——幾千年來一直吸引和激發人類想象力的結構。 現在,我們對他們是如何完成這個工程,有了最詳細的分析。 一組科學家部署了夜視攝像頭,並使用人工智能技術來研究蜘蛛在織網過程中八條腿的每一個位置。 由此來形成一個模型,可以根據蜘蛛腿的姿勢來預測網絡構建的階段。 這應該能夠幫助科學家們弄清楚,小蜘蛛在黑暗中織網時,大腦中發生了什麼。 「我第一次對這個話題感興趣是在和兒子出去觀鳥的時候。 在看到壯觀的蜘蛛網後,我想,‘如果你去動物園,看到一只黑猩猩在織網,你會認為那是一只令人驚歎和印象深刻的黑猩猩。 ’約翰霍普金斯大學的行為生物學家Andrew Gordus說:「蜘蛛織網就更令人驚訝了,因為蜘蛛的大腦非常小,而且我很沮喪,我們不知道這種非凡行為是如何發生的。 「現在,我們已經明確了蜘蛛網構建的整體排布,這在如此精細的尺度下,任何其他動物都從未完成過。 」 雖然其他動物的建造方式與人類並不完全相同,但人的建造能力並不獨特。 其他靈長類動物能夠築巢,許多鳥類也是如此。 有些螃蟹建造煙囪,有些石蛾幼蟲則建造保護殼居住。 但是這些都沒有蜘蛛網那麼複雜、多樣或美麗。 Uloborus diversus是蜘蛛家族的成員,嘗試建立構建蜘蛛網圖書館的核心,被稱為hackled orb weavers。 這些常見的無毒食蟲蜘蛛的大小只有幾毫米,可以在美國和墨西哥找到。 正如orb-weaving蜘蛛所做的那樣,它們每天晚上都會築起複雜的網來誘捕獵物。 科學家選取了六只蜘蛛進行拍攝。 每天晚上,研究人員使用紅外攝像機和燈光記錄這些蜘蛛結網時的情況,並使用肢體跟蹤神經網絡監控每只蜘蛛身體的26個點:每條腿的基部、股骨和脛骨,以及身體的最前點和最後點。 約翰霍普金斯大學的神經生理學家Abel Corver說:「即使你對它進行視頻記錄,在很長一段時間內,也有很多條腿要追蹤,還要跨越許多個體。 「僅僅是瀏覽每一幀視頻並徒手注釋腿部點就太難了,所以我們訓練機器視覺軟件一幀一幀地檢測蜘蛛的姿勢,這樣我們就可以記錄腿部為構建整個網絡所做的一切。 」 通過這種方式,研究人員記錄了21張網長達數小時的構造,以及構造時每個蛛形綱動物的身體運動。 這是記錄蜘蛛的微小大腦如何支持複雜的網絡構建的第一步,終於得到了回報。 研究人員發現,每只蜘蛛的織網過程都涉及相同的運動方式和運動技能,以至於僅從腿的位置就可以預測正在織網的部分。 「即使織網的最終結構有點不同,但它們用來構建網絡的規則是一樣的,」 Gordus說。 「它們都在使用相同的規則,這說明規則是在他們的大腦中編碼好的。 現在我們想知道這些規則是如何在神經元層面編譯的。 」 這將是下一階段研究的主題。 該團隊計劃使用能夠改變腦部的化學物質來影響蜘蛛,以確定大腦的哪些部分參與了織網過程及參與方式。 (在之前,包括咖啡因在內的藥物曾被用於蜘蛛研究,因此我們有線索表明,這些藥物會對蜘蛛的結網能力產生影響。 ) 「通過藥物成分吸收和蜘蛛隨後的行為分析,推斷由藥物誘導的行為變化對結網架構的改變。 我們希望在未來的研究中結合這兩種方法,」研究人員在論文中寫道。 文章鏈接: 《蛛網,蜘蛛的「思想鋼印」》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
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蛛網,蜘蛛的「思想鋼印」
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