在復雜多變的自然環(huán)境中，大腦如何快速、簡潔、精準地判斷天敵信號，并第一時間產(chǎn)生合適的防御反應(yīng)，是物種得以生存與繁衍的重要前提，也是科學家長期致力于破解的謎題。

中國科學院深圳先進技術(shù)研究院研究員王立平團隊近日在“動物大腦快速防御天敵反應(yīng)的簡單策略”方面有了最新發(fā)現(xiàn)，相關(guān)成果發(fā)表于國際學術(shù)期刊《BMC生物學》(BMC Biology)。該研究揭示了小鼠的大腦在處理視覺線索時，存在一個用于檢測天敵的“警戒范圍”，通過這種方式可以快速識別危險信號，并誘發(fā)防御反應(yīng)。助理研究員楊星、劉清晴和博士生鐘金玲為該論文的共同第一作者，王立平研究員為通訊作者。

楊星說，自然環(huán)境中充斥著各種復雜的感覺線索，動物需要基于這些線索作出判斷。一方面，它們需要快速檢測到逼近的天敵，并采取恰當?shù)姆烙袨?，來確保自身的安全;另一方面，它們不能對非危險性線索，比如飛過的昆蟲做出過度反應(yīng)，以免白白耗費體力并錯失獲得食物和配偶的機會。這是動物在漫長的進化過程中逐漸形成的本能，對動物的生存和繁衍至關(guān)重要。

“視覺線索是動物快速檢測危險的重要依據(jù)，此前研究常用一個逐漸擴大的陰影圓盤來模擬捕食者的攻擊，并成功誘發(fā)了小鼠的本能防御反應(yīng)。這說明，如果只基于某些關(guān)鍵視覺線索進行判斷，可能會忽略掉一些細節(jié)。”楊星表示。

那么，動物到底基于哪些視覺線索來判斷風險，又有哪些線索是不需要過多關(guān)注的呢?在研究過程中，研究團隊開發(fā)了基于紅外觸摸屏的小動物行為自動監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過給小鼠設(shè)定視覺刺激，記錄小鼠在遇到視覺刺激時的反應(yīng)參數(shù)。

王立平告訴記者，科研團隊的自動檢測系統(tǒng)，可以記錄小鼠在裝置內(nèi)的行為數(shù)據(jù)，比如小鼠大小、位置以及對應(yīng)的時間，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，科研團隊可以計算小鼠逃跑的速度、僵直的時間、站立的次數(shù)，等等，數(shù)據(jù)的采集和后續(xù)的計算和統(tǒng)計都可由程序完成，可以說這一系統(tǒng)基本實現(xiàn)了小鼠行為數(shù)據(jù)采集和分析的自動化。

研究人員通過監(jiān)測系統(tǒng)，給小鼠呈現(xiàn)一系列以不同速度擴大、具有不同大小的圓盤陰影，記錄并量化分析了小鼠由這些視覺刺激引發(fā)的行為反應(yīng)，包括逃跑、僵直和站立等。團隊發(fā)現(xiàn)，小鼠對圓盤陰影的大小變化和擴大速度的檢測存在一個“警戒范圍”，即大小處于10°至40°，擴大速度在57°每秒至320°每秒這個范圍內(nèi)的圓盤陰影，更容易引發(fā)強烈的逃跑反應(yīng)。

王立平說，基于研究中發(fā)現(xiàn)的“警戒范圍”，在進一步的驗證中，研究團隊根據(jù)動物大小和來襲速度，模擬倉鸮、蜻蜓、蒼蠅等動物對小鼠的視覺刺激。

團隊發(fā)現(xiàn)，捕食鼠類的猛禽，如黑翅鳶、倉鸮等，它們在捕食過程中的影像，基本符合小鼠的“警戒范圍”，而低危險性的視覺線索，如蒼蠅、蜻蜓等昆蟲靠近的影像，則與“警戒范圍”不重合或只有很少的重合。由此推測，“警戒范圍”代表發(fā)動攻擊的捕食者所具有的共同視覺特征。

經(jīng)過系列實驗后，團隊得出小鼠檢測捕食者的策略：小鼠基于視覺線索是否處于警戒范圍來做出反應(yīng)，而不是為不同的天敵“定制”特定的檢測機制，這個簡單的策略，有助于小鼠快速且精準地辨識真正的危險。王立平說，該研究將有助于理解大腦處理危險信號的神經(jīng)機制及其進化意義。

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