從復雜環(huán)境中存在的各種運動(dòng)信息中精準地辨別出生物運動(dòng)（biological motion），是所有動(dòng)物實(shí)現趨利避害的生存適應性行為的前提。生物運動(dòng)檢測理論（life motion detector theory）認為，包括人類(lèi)在內的陸生脊椎動(dòng)物僅憑視覺(jué)運動(dòng)線(xiàn)索即可識別生命體的信息，而且垂直方向（即重力方向）上的運動(dòng)線(xiàn)索在其中起了關(guān)鍵作用。為了剝離形狀、顏色等非運動(dòng)線(xiàn)索，進(jìn)而直觀(guān)地檢測運動(dòng)線(xiàn)索在生物運動(dòng)識別中的作用，研究者通常使用附著(zhù)在主要關(guān)節處的光點(diǎn)運動(dòng)來(lái)表達生物運動(dòng)信息。通過(guò)將生物運動(dòng)進(jìn)行垂直方向上的倒置，研究者可以破壞其重力方向上的運動(dòng)線(xiàn)索。研究發(fā)現相比于正立的生物運動(dòng)信息，人類(lèi)對這種倒置生物運動(dòng)信息的識別會(huì )變得更為困難，表現出生物運動(dòng)加工的倒置效應。這種效應不僅存在于人類(lèi)，在其它諸多陸生脊椎動(dòng)物，例如小雞、狒狒、狨猴等物種中也廣泛存在。那么，生物運動(dòng)加工的倒置效應是動(dòng)物適應陸地生活所進(jìn)化出的特異性機制，還是源自與陸地動(dòng)物生活環(huán)境完全不同、但進(jìn)化上更早的水生動(dòng)物，目前尚不清楚。

　　為了解決這一問(wèn)題，中國科學(xué)院心理研究所蔣毅研究組與中國科學(xué)院生物物理研究所副研究員劉祖祥開(kāi)展合作研究，以斑馬魚(yú)為模式動(dòng)物，通過(guò)三個(gè)實(shí)驗首次探究了生物運動(dòng)加工的倒置效應是否同樣存在于水生動(dòng)物中。利用圖1所示的裝置，實(shí)驗1首先在魚(yú)缸兩側給斑馬魚(yú)呈現正立的生物運動(dòng)刺激和非生物運動(dòng)刺激（勻速運動(dòng)的光點(diǎn)），以驗證斑馬魚(yú)是否能夠識別魚(yú)類(lèi)的生物運動(dòng)。實(shí)驗結果發(fā)現，與非生物運動(dòng)相比，斑馬魚(yú)更偏向于在呈現正立生物運動(dòng)刺激的那側缸壁附近游動(dòng)（圖2a）,也更喜歡看向正立的生物運動(dòng)刺激（圖2b），因此表明斑馬魚(yú)能夠區分生物運動(dòng)和非生物運動(dòng)。

　　在此基礎上，通過(guò)同時(shí)在魚(yú)缸兩側呈現正立的和倒立的生物運動(dòng)刺激，實(shí)驗2重點(diǎn)考察了斑馬魚(yú)是否能夠表現出生物運動(dòng)加工的倒置效應。實(shí)驗結果發(fā)現，斑馬魚(yú)整體上更偏向在呈現正立生物運動(dòng)刺激的缸壁附近游動(dòng)（圖2c），即相比倒立的生物運動(dòng)刺激，它們更偏好正立的生物運動(dòng)刺激。由于實(shí)驗2并未發(fā)現斑馬魚(yú)會(huì )更多地看向正立的生物運動(dòng)刺激，研究者推測同時(shí)呈現正倒立兩種非常相似的生物運動(dòng)刺激會(huì )存在潛在競爭，因此在實(shí)驗3中，對于每條測試的斑馬魚(yú)，僅會(huì )在魚(yú)缸一側呈現正立或倒立的生物運動(dòng)刺激。此時(shí)，與倒立的生物運動(dòng)刺激相比，斑馬魚(yú)看向正立生物運動(dòng)刺激的比例顯著(zhù)增多（圖2d）。綜合以上實(shí)驗結果，研究首次證明斑馬魚(yú)具有區分正立和倒立生物運動(dòng)信息的能力，表現出生物運動(dòng)加工的倒置效應。

圖1. 實(shí)驗設備、刺激及程序

正立、倒立及非生物運動(dòng)均由6個(gè)均勻置于斑馬魚(yú)脊椎上的光點(diǎn)組成

圖2. 實(shí)驗結果

　　這項研究說(shuō)明，與陸生脊椎動(dòng)物一樣，進(jìn)化上更早的水生脊椎動(dòng)物很可能也具有對重力方向上的視覺(jué)運動(dòng)線(xiàn)索敏感的生物運動(dòng)檢測機制，進(jìn)而提示依賴(lài)重力的生物運動(dòng)加工可以追溯到古老的水生動(dòng)物。研究者進(jìn)一步分析了斑馬魚(yú)游動(dòng)、鴿子行走和人類(lèi)行走的運動(dòng)參數，發(fā)現正立的生物運動(dòng)在重力方向上的速度和加速度具有相似的運動(dòng)模式，這也進(jìn)一步支持了視覺(jué)系統可能存在一種基于重力規則的跨物種生物運動(dòng)檢測機制。這項研究同時(shí)也為今后利用斑馬魚(yú)作為模式動(dòng)物進(jìn)一步開(kāi)展生物運動(dòng)加工的神經(jīng)通路研究提供了可行的實(shí)驗范式。

　　該研究獲得科技創(chuàng )新2030-“腦科學(xué)與類(lèi)腦研究”重大項目、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院先導專(zhuān)項等的支持。成果已在線(xiàn)發(fā)表于Research。

　　論文信息：

　　Ma, X., Yuan, X., Liu, J., Shen, L., Yu, Y., Zhou, W., Liu, Z., & Jiang, Y. (2022). Gravity-dependent animacy perception in zebrafish. Research, 2022, 9829016. https://doi.org/10.34133/2022/9829016

　　相關(guān)研究論文：

　　Wang, Y., Zhang, X., Wang, C., Huang, W., Xu, Q., Liu, D., Zhou, W., Chen, S., & Jiang, Y. (2022). Modulation of biological motion perception in humans by gravity. Nature Communications, 13, 2765. https://www.nature.com/articles/s41467-022-30347-y