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螳螂都要戴 3D 眼鏡?

2018/2/13 — 10:28

Newcastle University

Newcastle University

試想像面對放在一個盒子,這個盒子離你多遠呢?人類雙眼大約相隔 5–7.5 cm ,若輪流閉上左右眼,不難看到影像會稍為不同。腦部辨識物件距離其中一個方法,就是透過比較兩組影象的光暗差異,讓我們可「看到」立體效果,以判斷物件遠近。

但是「頭腦」較為簡單的昆蟲又怎樣分辨深淺呢?眾多種昆蟲中,科學家特別對螳螂感興趣。螳螂是殺蟲於無形的獵人。奇怪的外貌與其他昆蟲都大有分別,最特別更是牠們雙眼與獅子、老虎等肉食動物一樣——向前望。這個特徵讓牠們擁有極佳的分辨深淺能力,幫助獵食。然而,牠們觀察深淺度的方法跟人類和其他動物大相逕庭。

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為揭開螳螂視覺系統運作方法,動物行為學家 Vivek Nityananda 的研究隊伍為牠們特製了一副 3D 眼鏡,再利用蜂蜡將其貼在螳螂雙眼。這副 3D 眼鏡跟老式 3D 眼鏡一樣,一塊鏡片藍色、另一塊則是綠色。順帶一提,螳螂似乎不太喜歡 3D 眼鏡,每日研究人員都要重新為牠們貼回膠片。

人和螳螂都可看到的圓形目標,動畫藍綠點轉為紫藍色以便觀看:

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然後,研究人員再將「戴上」眼鏡的螳螂放到電腦熒幕前的支架上。電腦熒幕播放的動畫也與舊式 3D 影片相似。假設熒幕展示藍色和綠色小點,左眼的藍色鏡片則會將藍點「過濾」,令螳螂只看到綠點,反之亦然。以此方法,戴上有色眼鏡螳螂的左眼和右眼將會各自看到不同影像。

只有螳螂才可看到立體般的圓形目標,這個目標內的藍綠兩點分別上下移動:

那螳螂又觀看了甚麼呢?研究人員為螳螂播放了幾段短片背景。這些影片都是由大量藍綠小點組成,就像電視雪花一樣。不過,當動畫播放時,螳螂就能看到同樣由藍綠點組成的圓形目標。這個圓形目標內的藍綠點朝同一方向移動。當螳螂「戴上」眼鏡後,目標看起來會變得「立體」,就如飛蟲般飛行。螳螂會透過目標內藍綠點大小改變,判斷目標距離。當目標看起來「進入」螳螂攻擊範圍後,牠便會伸「手」攻擊。

對人而言,藍綠點必須相疊,才能看到立體的目標,並由此判斷目標遠近。相反,當目標內的藍綠點「走動」方向相反,人就會將藍綠兩種小點視為「兩個物件」,而非立體形狀。那螳螂又是不是以同一方法判斷距離呢?研究人員稍為改變目標內藍綠點的移動方向,發現螳螂視覺系統與人類完全不同。即使目標內小點移動方向相反,螳螂仍可分辨目標與自己距離,並在目標進入範圍時「伸手」攻擊。

也就是說,螳螂只需觀察目標有沒有移動,就可判斷到與其距離。這方法令螳螂可在在野外獵食時,專注望向前方,當有昆蟲飛到視線範圍,且距離適宜時,並能迅雷不及掩耳出擊;整個過程無需極複雜的神經系統支援。研究除令科學家了解人類看東西時與昆蟲分別,更期望將來可以將螳螂視覺系統應用於機器學習中,讓簡單如無人機的機器設備,透過目標動態測量距離。 

來源:
The Atlantic, What Scientists Learned From Putting 3-D Glasses on Praying Mantises, 8 February 2018

報告:
Nityananda, V., Tarawneh, G., Henriksen, S., Umeton, D., Simmons, A. & Read, J.C.A. (2018). A Novel Form of Stereo Vision in the Praying Mantis. Current Biology, Published Online. DOI: 10.1016/j.cub.2018.01.012

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