科学家证明果蝇并非“无头” 记忆力超乎想象

人们一直认为果蝇“头脑”简单，俗话说“没头的苍蝇”。但中国科学院生物物理所研究员唐世明研究成果修正了人们的“偏见”。与人类智商差别极大的低等动物的果蝇，同样有着过目不忘、能够吸取经验教训的本领，具备高等动物的识别特征和具有复杂的视觉信息处理机制。他作为第一作者的《果蝇的视觉模式识人们一直认为果蝇“头脑”简单，俗话说“没头的苍蝇”。但中国科学院生物物理所研究员唐世明研究成果修正了人们的“偏见”。与人类智商差别极大的低等动物的果蝇，同样有着过目不忘、能够吸取经验教训的本领，具备高等动物的识别特征和具有复杂的视觉信息处理机制。他作为第一作者的《果蝇的视觉模式识别具有视网膜位置不变性》论文，发表在8月13日出版的美国《科学》杂志上。以唐世明带领的课题组为主通过与德国同行合作，使用自行研制的一个细小飞行模拟器，观察检测果蝇的视觉模式识别能力，果蝇的身体包括眼睛都被固定在一个力矩测量装置上，果蝇虽然不能飞走，但所看到的视觉目标可以受果蝇飞行扭矩的控制移动，就像果蝇在不同的图形间飞来飞去一样。实验中，当果蝇试图转向某个图形时，身体会受到热惩罚，经过一段时间训练，而较多地转向另一个安全图形。唐世明的妻子许书平充当实验员，成功地操纵了这一实验，也成为发表论文的四位作者之一。曾学习机器人控制专业的唐世明，发挥他学科交叉的优势，发现并证明了果蝇的视觉具有位置不变性，也就是说，当物体出现在视野的不同位置，或者物体按比例缩放、物体旋转一定角度后，果蝇仍然能够将这一物体识别出来。外国专家评论所说，唐世明的这一研究成果证明，“仅具有简单神经系统的果蝇，可能使用了与高等动物类似的视觉信息处理机制，比如在灵长类动物上发现的重要的高级知觉机制”。这一发现，使得昆虫视觉与脊椎动物视觉在认知层面上统一起来，是昆虫视觉神经机制研究取得的一个重大突破。中国科学院生物物理所３３岁的青年科学家唐世明，经过１年多来对果蝇进行巧妙的实验设计和研究，发现并证明低等动物与高等动物特别是人一样具有相同的视觉不变性，即同样的图案出现在视野的不同位置仍能被识别，或图案按比例缩放后仍能被识别，或图案旋转一定角度后仍能被识别。它表明果蝇的头脑具有复杂的视觉处理机制，对于人类关于视觉神经机制的研究及进化论哲学认识都有重要启示。该研究论文发表在８月１３日出版的第３０６期美国《科学》杂志上。据介绍，此前人们一直认为果蝇头脑简单，只能按模板匹配识别图形，如果遇到同样目标，位置稍有改变就认不出来了。相关研究也认为，蚂蚁用左眼不能认出右眼看过的东西。唐世明的研究成果改变了人们以往对昆虫视觉的理解，使昆虫视觉与脊椎动物视觉在认知层面上统一起来。唐世明在８月１３日举行的新闻发布会上介绍，该项研究成功的关键在于他“对简单问题的巧妙思考”。他毕业于北京航空航天大学火箭和飞机专业，曾经在硕士和博士学习期间，对自动化控制、机器人有过颇深研究。由于自动化控制与人工智能密不可分，他对生物体的视觉识别也产生了浓厚兴趣，于是设计使用飞行器模拟器检测果蝇的视觉模式识别能力。他把果蝇的身体包括眼睛都固定在一个力矩测量装置上，果蝇虽然不能飞走，但所看的视觉目标可以受果蝇飞行扭矩的控制移动，就像果蝇在不同图形间飞来飞去一样。实验中，当果蝇试图转向某个图形时，身体会受到热惩罚，经过一段时间训练，果蝇就知道其中某个图形是危险的，而较多地转向另一个安全图形。严密的逻辑思维和巧妙的实验设计使唐世明的研究突破了果蝇视觉不变性的关键。据中科院生物物理所有关领导介绍，唐世明的原创性仪器研制和崭新的实验模式，不仅为他的研究目的打下了良好的方法学基础，而且是具有自主知识产权的发明，打破了德国人对该项技术的垄断，使我国在该领域中的系列研究得以在国内完全独立地开展。据科学家们介绍，视觉不变性背后隐藏着深奥的神经机制，目前人类还不能从本质上解释视觉不变性，这也是理解脑最主要的障碍之一。视觉不变性的神经机制研究将揭示概念如何形成、如何储存，有了概念才有思维和内心世界的构建，因而视觉不变性研硫酸镁