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为什么鱼要低着头游泳？
是因为头太大，重心过于靠前？
还是因为对颜值不自信，只想低调一点？
其实都不是。
一项新研究证实，它们只是不想被周围事物打扰，只想“活得更稳”一点......
这其实与人走路时可能会低头看人行道是同一个道理。
相关研究论文以“Optic flow in the natural habitats of zebrafish supports spatial biases in visual self-motion estimation”为题，已发表在科学期刊 Current Biology 上。
“不要打扰我”
该研究首次将斑马鱼（Zebrafish）的大脑、原生环境和空间变化的游泳行为的多个模拟整合到一个计算模型中。
模型分析结果表明，这种在向前游泳时也向下看的“怪癖”只是鱼类的一种适应性行为。
就像在逆流游泳时那样，鱼类通过这种进化来保持身体稳定。
当水流动时，鱼会努力试图保持稳定以停留在原地，而不被流动的水流冲走。
如果它们在水中东张西望地游动，就会得到一种正在移动的错觉。
如果它们低头看着河床游动，就能更好地判断当时的游动方向和速度。
对此，该论文的第一作者和通讯作者、美国西北大学计算机科学助理教授 Emma Alexander 表示：
“就像坐在一节静止的火车车厢内，如果旁边的火车开始驶离车站，你就会误以为自己也在移动。”
“来自另一列火车的视觉暗示，超越了你在正静坐的事实。”
也就是说，对于游动的鱼来说，周围有很多误导性的运动信号，而最可靠的信号是来自河底。
走，去印度
为了搞清楚这一问题，Alexander 团队及其合作者研究了斑马鱼（一种被广泛研究的模式生物）。
虽然许多实验室都有斑马鱼，但他们还是希望在原生环境下开展这一研究。
“最近发现，鱼对下方运动的反应比上方运动更强烈。我们想要深入挖掘这个谜团，并了解其中的原因。”
“原生栖息地塑造了它们的大脑和行为的进化，我们需要回到源头，调查这种生物发育的背景。” Alexander 解释道。
于是，他们带着拍摄设备，来到了印度。
他们走访了印度的七个地点，并收集了斑马鱼自然生活的浅水河流的视频数据。
他们将一个 360 度相机装入一个防水潜水箱中，并将其连接到一个遥控机械臂上，然后用机械臂将相机投入水中并移动它。
Alexander 说，“我们把‘眼睛’放在了鱼眼睛应该在的地方，所以我们看到的是鱼看到的东西。”
“从视频数据中，我们能够模拟假想场景，模拟鱼在现实环境中任意移动。”
斑马鱼：等等我！！
回到实验室后，Alexander 团队及其合作者还追踪了斑马鱼在一个 LED 球内的运动。
因为鱼的视野很大，所以它们不需要像人那样移动眼睛来四处看。
于是，他们通过灯光给出运动刺激，然后观察鱼的反应。
观察发现，当鱼缸底部出现图案时，鱼会随着移动的图案游动。
这就表明，鱼是通过向下看来获取视觉线索的。
“如果你播放带有移动条纹的视频，鱼就会随着条纹移动。”
“就好像它们在说，‘等等我’，我们计算了它们的摇尾节拍，它们摇动地越厉害，就越想跟上移动的条纹。”
他们从视频中提取数据，并将其与运动信号如何被编码到鱼的大脑中的数据相结合。
然后，他们将数据集输入两种用于研究光流（或我们眼睛或相机镜头观察到的运动）算法中。
最终，他们发现，在野外和实验室两种情况下，斑马鱼在向前游动时都是向下看的。
图｜斑马鱼幼虫的游动是由下部视野信号驱动的。（来源：该论文）
于是，Alexander 等人得出了文章开头提到的结论：
鱼类向下看是为了理解周围环境的运动信号，然后通过游泳来避免被流动的水冲走。
水面在不断移动，其他鱼类和植物也在移动。鱼最好忽略这些信息，专注于更下面的信号。
河床有很多纹理，所以鱼可以看到它们可以跟踪的强烈特征。
此外，研究团队也表示，这一研究结果不仅让我们对鱼类的行为有了一些了解，还可以为人工视觉系统和复杂的仿生机器人的设计提供信息。
“如果你正在制作一个以鱼为灵感的机器人，你只看它的解剖结构，你可能会想‘它的眼睛朝向一边，所以相机也要朝向一边’。”
但事实证明，鱼把眼睛向一边看是在平衡任务，向上看是为了捕猎，向下看是为了游泳。
参考资料：
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)01617-7欢迎扫码关注深i科普！
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