13、飞行蜜蜂如何通过光流计算距离：行为实验与神经模型

飞行蜜蜂如何通过光流计算距离：行为实验与神经模型

在自然界中，昆虫如何感知周围物体的距离一直是一个引人入胜的研究课题。大多数昆虫的眼睛间距较近且缺乏聚焦机制，因此它们必须依靠立体视觉或调节以外的线索来判断环境中物体的距离。研究表明，移动的昆虫可能通过视网膜上物体图像的速度来感知物体的距离，图像速度越快，对应的物体距离越近。

研究背景与目的

蜜蜂在飞行过程中展现出一种有趣的行为：当它们飞过一个小开口时，往往会选择从开口的中心飞过，以此平衡到左右两侧的距离。这种“居中反应”引发了研究人员的兴趣，他们希望通过实验定量探究这一反应，找出用于提取距离信息的图像运动参数，并揭示测量这些参数的机制。

实验方法

• 实验装置 ：实验使用了一个由两个墙壁构成的隧道，墙壁长40厘米、高20厘米，间距为12厘米。每个墙壁由一张橡胶片环绕一对鼓组成，上面可以粘贴各种图案。通过直流电机可以控制其中一个墙壁上的图案以任意速度向任意方向移动。
• 实验对象 ：选取4 - 6只自由飞行的蜜蜂（意大利蜜蜂），对它们进行标记并训练，使其进入装置，沿着隧道飞行，并在隧道尽头的盒子中获取糖水奖励。
• 图案设置 ：墙壁上的图案通常是垂直方向的一维黑白光栅，强度分布有方形波、随机、正弦或锯齿形等。部分实验中，一侧墙壁使用白色或灰色纸张。
• 数据采集 ：蜜蜂接受约60次奖励后，使用摄像机从上方记录它们在隧道中飞行的轨迹。根据实验需求，墙壁可以静止或其中一个运动。部分实验中，在墙壁