珊瑚礁鱼类的逃跑反应遵循简单的行为规则

逃避感知威胁的逃逸反应是在整个动物王国中看到的一种基本行为，实验室研究已经确定了控制这种行为的专门神经回路。然而，了解这些神经回路如何在复杂的自然环境中工作一直是一个挑战。

加州大学圣克鲁斯分校和诺阿渔业学院的研究人员领导的一项新研究克服了这一挑战，使用一个聪明的实验设计来记录和分析珊瑚礁鱼类的逃逸反应。这一结果于11月12日发表在《国家科学院院刊》上，揭示了一系列明确的决策规则是如何在广泛的珊瑚礁鱼类中产生逃避行为的。

我们在实验室研究中采用了一种方法来研究复杂的自然环境，并发现同样的行为机制似乎也适用。一套简单的规则以不同的方式组合在一起，以产生丰富的一套行为来实现这一基本目标：避免被杀害，”第一作者安德鲁·海因说，他是加州大学圣克鲁斯海洋科学研究所的助理研究员，也是圣克鲁斯国家海洋与大气局渔业实验室的研究生态学家。

研究中的珊瑚礁鱼以浅礁滩中的藻类为食，在那里它们很容易受到食肉动物的攻击，如海鳗和礁鲨。为了模拟一种威胁，研究人员使用了一种广泛使用的视觉刺激，称为隐现刺激，一个黑点，它的大小缓慢增长，然后迅速增长，产生了一个快速接近的物体的错觉。部署在法属波利尼西亚莫埃拉（Mo"orea）珊瑚礁上的一台防水平板电脑播放了即将到来的刺激，而摄像机则记录了游入平板电脑前区域的鱼的反应。

研究人员随后利用计算机视觉技术对视频进行分析。自动跟踪和一种被称为“光线投射”的方法，最初是由电子游戏设计者开发的，使他们能够在决定是否逃离威胁时重建每条鱼所看到的东西。他们发现，fish利用一种与已知的织机敏感神经回路动力学相匹配的决策规则，启动了逃逸机动，以响应威胁刺激的感知大小和扩展速率。

海因说：“这种神经科学家在实验室研究中发现的行为回路似乎是在更复杂的自然环境中运行的。但我们也发现了一些新的东西：对即将到来的刺激的敏感性会根据其他鱼类的位置而上下调整。如果一个人是最接近刺激的人，它就更有可能逃跑，而不是在它和威胁之间有另一条鱼。”

逃生反应的第三个因素是一个安全的地方的位置，由一个土堆的珊瑚提供的实验区。对刺激的最初反应是迅速远离威胁，但几乎立刻，鱼就开始转向庇护所，直接向它游去。

海因说：“当你看他们走的路时，看上去就像意大利面——它们都是不同的——但分析表明，它们都是由同一套简单的行为规则产生的。

除了海因，论文的合著者还包括UC Santa Cruz的博士后研究员Michael Gil、宾夕法尼亚大学的Colin Twomey、德国马克斯·普朗克研究所和康斯坦茨大学的Iain Couzin以及普林斯顿大学的Simon Levin。这项工作得到了国家科学基金会、西蒙斯基金会和麦克唐奈基金会的支持。

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