Главный принцип эффективной стабилизации взгляда у животных
У визуально активных животных движения глаз, головы и тела координируются с прямым взглядом. Необходимым условием для руководства гибкой локомоцией является поддержание уровня и стабильности взгляда. Поскольку глаза, голова и тело могут двигаться независимо, чтобы контролировать взгляд, то возникают логичный вопрос: как мозг эффективно координирует эти различные моторные выходы? То есть, учитывая отличную механику глаз, головы и тела, как нервная система оценивает их вклад? Поскольку глаза, голова и тело имеют различные механические ограничения (например, инерцию), как нервная система адаптирует свой контроль к этим ограничениям?
Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи изучили контроль взгляда у летающих плодовых мух Drosophila с использованием парадигмы, которая позволила непосредственно измерять движения головы и тела. Объединив эксперименты на летающих мухах с математическим моделированием и теорией управления движением, ученым удалось продемонстрировать, что движения тела чувствительны к скорости зрительного движения, тогда как движения головы чувствительны к его ускорению. Эта дополнительная настройка головы и тела позволила мухам стабилизировать более широкий диапазон частот визуального движения.
Ученые обнаружили, что мухи реализуют пропорционально-производное управление, но в отличие от классических инженерных систем управления, реле пропорциональных и производных сигналов параллельно двум различным моторным выходам. Эта схема, хотя и полученная на основании исследования с мухами, воспроизводила классические реакции зрения приматов, таким образом, предлагая конвергентные механизмы по всему типу. Применяя законы масштабирования, ученые количественно определили, что такие разнообразные животные, как мухи, мыши и люди, а также некоторые биороботы, могут получить энергетическую выгоду, имея высокое соотношение между инерцией головы, тела и глаз.
Таким образом, взаимодополняющее «разделение труда» в нервной системе демонстрирует два признака оптимальности: увеличение производительности труда сопровождается снижением затрат механической энергии. Подобные результаты дают представление о механических ограничениях, которые, возможно, сформировали эволюцию активного зрения, и представляют проверяемые гипотезы нейронного контроля для визуально управляемого поведения в разных типах.
