果蝇看到了什么？-我科学家揭开昆虫视觉之谜.pptVIP

在处理视觉信息的机制上，昆虫竟然和高等动物类似，这在科学史上还是第一次得到证明。唐世明说，他们的发现在认识动物的视觉机制上走出了“一小步”。如果你认识了一个人， 那么无论他穿什么衣服，离你或远或近，甚至没有面对着你，你是否都能把他认出来？答案似乎是肯定的。但究竟是什么样的神经活在处理视觉信息的机制上，昆虫竟然和高等动 物类似，这在科学史上还是第一次得到证明。唐世明说，他们的发现在认识动物的视觉机制上走出了“一小步”。如果你认识了一个人，那么无论他穿什么衣服，离你或远或近， 甚至没有面对着你，你是否都能把他认出来？答案似乎是肯定的。但究竟是什么样的神经活动使人类能够做到这样？这个在普通人看来有些“不可理喻”的问题―――生物学 上将其称为“视觉不变性”，却一直是科学上的难题。“人的神经细胞实在太多了，粗略估计，有1010个，目前还找不到一种可行的方法同时监测这么多神经细胞的活动。” 中科院生物物理研究所唐世明研究员说。但是，他最近对果蝇视觉的一个重要发现，可能为这方面的研究提供了新的启示。果蝇在“飞”“啪”的一声，唐世明扭开了实验仪 器的灯。仪器里，一只身长约1厘米，红眼睛，长触须，浑身黄褐色的小飞虫，在灯光下张开翅膀，“自以为是”地飞起来。但这只果蝇并没有真的飞起来。它的脖子被固定在这 个特殊仪器的尖端。它的飞行动作通过那里的传感器传递到计算机上。在程序控制下，围绕在它周围的圆形纸筒开始转动。纸筒上画有不同颜色的图形。通过这种操作，可以使果蝇产 生在不同图形间“飞来飞去”的感觉。唐世明坐回到计算机前。屏幕上出现了曲线，表示果蝇的“飞行”轨迹。它在某个特殊的图形面前几乎不停留，而在另外的图形面前却停留 了很长时间。“这真是很有趣。”唐世明已经在这套仪器前工作了一年多。“以前从没有人认为，果蝇这种神经结构简单的昆虫，居然能够认识图形，而且还会进行选择。” 8月13日，美国《科学》杂志发表了以唐世明为第一作者的论文：《果蝇的视觉模式识别具有视网膜位置不变性》。“简单地说，就是果蝇的视觉特征和人类差不多，具有视觉不变 性的特点。”在处理视觉信息的机制上，昆虫竟然和高等动物类似，这在科学史上还是第一次得到证明。30多年前，国外就用果蝇做过相同内容的实验，但结论完全相反： 果蝇只能以一种类似“看底片”的方式来处理它所获得的图像。每当它看见一个物体时，便将其“印”在脑中，形成一个“底片”。此后，当它再次看见与这个“底片”完全重叠的物 体时，它才会有“似曾相识”的反应。这种重叠，包括颜色、大小和形状完全相同。当然，这是非常原始的处理视觉信息的方式。这个结论似乎很符合人类作为高等动物的某种优 越心理。长期以来没人怀疑它。唐世明对这个结论表示怀疑的理由很简单：“果蝇的神经细胞太少了，大概只有105个，它根本记不住那么多‘底片’，也很难去一一核对。它 一定有某种其他的方法。”一年多的实验，证明了唐世明的观点：果蝇可以认识并记住某些简单的图形及颜色，无论图形的位置和大小如何变换。假设有蓝、绿两种颜色的方 块在果蝇的视野里。每当它看蓝色方块时，计算机便会发出红外线，果蝇的头部被“烤”红了；而当它将视线转移到绿色方块时，这种火热的“惩罚”便立即消失。唐世明称这个 过程为“教育”。没过多久，果蝇就会判断出：那个蓝色的方块是危险的，而绿色的是安全的。因此，它会把更多的时间花在注视绿色方块上，而对蓝色的方块产生某种“恐惧心理” ，并不再去注视它。时间久了，当“惩罚”条件已经消失后，果蝇仍然会比较专注地看那个“安全”的图形，而对“危险”的置之不理。唐世明将图形变得更复杂些。每个图 形都由蓝、绿两种颜色组成，一种是蓝色在上，另一种是绿色在上。果蝇是否能识别其区别，并将其记住呢？答案是肯定的。如果将它记住的图形变换位置，它是否仍能识别 ，并趋利避害呢？结果仍然是肯定的。“不用担心它什么也不看。”唐世明说，“果蝇就是喜欢飞来飞去，然后盯着某个东西看个不停。”这已是唐世明在《科学》上发表的 第二篇论文。第一篇发表于2001年11月，内容是关于果蝇如何在两难境地中进行选择。视觉之谜今年33岁的唐世明，出生于四川一个农民家庭。个子不高，很瘦，因 此头显得很大。他毕业于北京航空航天大学，本来是研究机器人控制的。他的“转行”缘于一个简单的疑问：如何能让机器人像人一样识别物体，从而形成类似人的意识？“现在的确 有很多机器是可以‘看’，但那是依靠程序控制的，依靠人事先输入的信息进行判断。”唐世明说，“假如机器人‘认出’我，并不是它真的看见我并记住了，而是依靠瞳孔扫描、指 纹等信息进行的判断。如果事先没有在程序里输入这些信息，无论它看我多少遍，可能也认不出来。”原来科学家以为果蝇比机器人高明不了多少，但是，唐世明他们在上万只果 蝇身