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🧠 神经科学

Tree shrews combine panoramic vision with an expanded oculomotor repertoire

这项研究表明,尽管树鼩的眼睛位于侧方,但它们拥有更广泛的动眼控制能力,包括精确的眼驱动注视控制和中央视野过度表征,从而证明了全景视觉与独立眼球运动是可分离的特征,而非互斥的适应性演化。

原作者: Pal, R., Kempkes, E., Aeleti, R., Tubbs, E., Biswas, A., Sedigh-Sarvestani, M.

发布于 2026-11-06 (v2)
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原作者: Pal, R., Kempkes, E., Aeleti, R., Tubbs, E., Biswas, A., Sedigh-Sarvestani, M.

原始论文采用 CC BY 4.0 许可(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。 ⚕️ 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明

大多数哺乳动物的眼睛位于头部两侧,这种构造提供了宽阔的全景视野以发现捕食者,但同时也使得在不转动整个头部的情况下,难以聚焦于单个物体。相比之下,灵长类动物和其他前向眼动物的眼睛面向前方,这使它们能够仅通过移动眼睛,而不依赖头部运动,就能快速且精准地将视线转向新目标。长期以来,科学家们一直认为这两者特征是紧密耦合的:如果一种动物拥有侧向的眼睛,它就必须依靠转动头部来观察四周,从而牺牲了自由移动眼睛的能力。这种权衡似乎是自然界的一条基本规则,即宽广的视野是以牺牲精确的、由眼睛驱动的控制力为代价的。

康奈尔大学的研究人员着手测试这一规则是否真的不可打破。他们将注意力转向了树鼯(tree shrew),这是一种生活在树上的小型、动作敏捷的哺乳动物,其眼睛位于头部的两侧。虽然树鼯在进化上与灵长类动物非常接近,但它们的侧向眼位置表明,它们应该遵循像大鼠或小鼠这类其他侧向眼动物所遵循的严格规则。科学家们想知道,侧向眼的动物是否真的能打破常规,实现与前向眼动物一样独立且精准的视线控制。为了查明真相,他们构建了一个系统,在固定住树鼯头部的同时观察其眼睛,测量每一次微小的移动,以观察这些动物是否能在不尝试转动头部的情况下进行观察。

研究小组发现,树鼯并不遵循旧有的规则。当头部固定不动时,树鼯会频繁且快速地移动眼睛,通过改变视线来观察房间的不同部分。至关重要的是,这些眼球运动是在没有任何试图转动头部的尝试下发生的。事实上,近百分之九十的眼球运动在发生时完全没有检测到任何头部运动。这与研究人员同时测试的大鼠形成了鲜明对比;大鼠在头部静止时极少移动眼睛,且一旦移动,几乎总是试图带动头部一起运动。然而,树鼯却可以像灵长类动物那样水平和垂直地移动视线,这证明了拥有侧向眼睛并不一定会迫使动物依赖头部来进行观察。

研究人员随后询问,这些眼球运动仅仅是随机的,还是动物能够瞄准特定的目标。他们训练树鼯去注视出现在屏幕上的视觉目标。这些动物很快学会了将视线转向目标,并做出快速、准确的动作来锁定目标。更令人印象深刻的是,树鼯能够将视线稳定地保持在目标上数秒钟,这种被称为“注视”(fixation)的技能对于观察精细细节至关重要。这种既能快速移动视线又能保持视线稳定的能力,是前向眼动物的一个显著特征,然而树鼯在拥有明显适合全景视野的侧向眼睛的同时,也实现了这一能力。

为了理解这是如何实现的,科学家们深入研究了树鼯的生物学特征。他们检查了大脑的视觉皮层——即大脑处理眼睛所见信息的部分。他们发现,树鼯的大脑将不成比例的大量空间分配给了视觉场的中心区域,即动物注视目标时的聚焦区域。这与灵长类动物的大脑组织方式相似,尽管树鼯缺乏灵长类动物那种专门的中央凹点。此外,团队还研究了控制眼球运动的肌肉。他们发现,树鼯的这些肌肉中拥有一种复杂的神经末梢,称为栅栏状末梢(palisade endings),这种结构通常出现在具有精确眼部控制能力的动物身上。相比之下,依赖更多头部运动的大鼠拥有更简单的神经末梢,而树鼯则拥有与前向眼物种相似的、精密复杂的结构。

这项研究表明,眼部位置与视线控制之间的联系并不像之前认为的那样僵化。树鼯成功地将全景视野与灵长类动物特有的复杂、独立的眼部控制结合在了一起。研究人员提出,这种独特的组合可能是为了帮助这些动物在复杂的、三维的树林世界中导航而进化的。当在树枝间跳跃时,树鼯需要保持头部定向以维持平衡和运动,同时又要扫描下一个着陆点。这种能够独立于头部移动眼睛的能力,让动物可以在不干扰身体运动的情况下观察未来的目标。这一发现揭示了视觉系统的设计比此前认为的更具灵活性,表明自然界可以通过“混搭”特征来解决特定的生存挑战。

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