海盗的视角

把你的手指放在离你脸几英寸远的地方。集中注意力，然后闭上一只眼睛。现在换另一只眼睛。你的手指位置有变化吗？快速地切换视角，你会发现手指位置在两只眼睛切换时有所变化。再次睁开双眼，集中注意力在手指上，它会回到两只眼睛看到的图像之间的单一位置。这个简单的测试展示了我们的大脑在让我们看到世界时所进行的视觉处理。

因此，我们的大脑同时看到两个图像，来自每只眼睛的一个。当我们集中视线时，大脑将每只眼睛接收到的光合并成一个图像。一个可能使用这种技术的过程是我们对物体距离的高度准确估计，即所谓的深度知觉。要测试使用两只眼睛对深度知觉的重要性，试着闭上一只眼睛投篮。如果你曾经戴过眼罩（像海盗戴的那种），你可能会理解没有用两只眼睛产生的图像会让事情变得困难。

为了更好地理解对深度的知觉，我们决定研究老鼠的视觉。显然，老鼠与人类有一些不同。它们的眼睛位于头部的侧面，而不是前方，而且它们的视觉不像人类那样能够聚焦。尽管存在这些差异，研究它们的视觉方式对了解我们的视觉方式有很多帮助。它们大脑的视觉部分与我们大脑的视觉部分高度相似，只是规模更小，即符合老鼠大小。老鼠也使用对深度的知觉 - 在它们生活的森林、田野和城市火车站中导航时，它们必须了解周围世界的物体位置。

这项研究的目的是弄清楚老鼠在需要判断距离时如何利用视觉。为此，我们将老鼠放在一个带有攀爬平台的竞技场中。在这个平台的顶部，我们设置了一个障碍物，使它们在看不见前方的情况下，我们在另一侧放下了一个着陆平台。当我们移除障碍物时，老鼠必须跳过这个间隙。如果它们成功跳过，它们就会得到一小口水和一片小玉米片作为奖励。由于老鼠在障碍物被移除之前无法看到着陆平台，它们必须利用判断距离的能力。老鼠花了几周的时间才完全学会这个任务，并跳过长达22厘米的间隙。那相当于我们向前跳跃约12英尺。原来老鼠跳得非常好！

由于不同的着陆平台和跳跃距离，老鼠无法记住其大小。总体上，老鼠在所有平台尺寸和跳跃距离上表现良好。为了再次确认老鼠在这个任务中使用视觉，我们让它们在完全黑暗中执行相同的行为。正如我们所预料的，老鼠在没有光线的情况下拒绝跳跃，这表明它们确实需要视觉。对于研究人员来说，这可能显而易见，但始终要考虑到其他动物看到的可能和我们不同。

接下来，我们想要确定老鼠是否仍然需要像我们一样用两只眼睛来估算深度并执行跳跃任务。为了实现这一目标，我们让它们其中一只眼睛闭上，然后让老鼠重新执行任务。我们发现，老鼠在执行任务时与两只眼睛睁开时表现一样出色，根据间隙的大小改变它们的跳跃距离。这些发现表明，老鼠不需要来自两只眼睛的图像来准确感知深度并跳跃各种距离——一只眼睛就足够了。不知何故，一个戴着眼罩的海盗能够估算到达一个装有宝藏的岛屿的距离，而这个任务显示老鼠也可能能够做到，宝藏就像着陆平台上的墨西哥煎玉米片一样。

接下来，我们想要测试老鼠在估计深度方面的策略是否有所改变。我们记录了在两只眼睛和单只眼睛条件下，老鼠跳跃前的运动和位置。我们确定了老鼠在跳跃前进行的几类运动。例如，一类是老鼠点头，另一类是头部的环形运动。

我们发现当老鼠闭上一只眼睛时，它们的移动更多。这导致老鼠在决定如何跳跃时需要更长的时间，并在跳跃前更多地运动头部。如果我们移动头部，我们可以估计物体的距离，因为较近的物体移动较多，而较远的物体移动较少。

最后，我们在老鼠执行跳跃任务时，测试了与视觉相关的脑区是否必要。我们的技术允许光束临时改变脑细胞的活动，像电灯开关一样将其关闭。我们发现，当视觉脑区被关闭时，跳跃表现明显较差，这表明它对于成功地判断深度非常重要。

这项研究的目的是确定老鼠如何利用视觉进行深度知觉，最终目标是将老鼠视觉作为我们人类感知周围世界的模型。我们发现，老鼠成功学会了如何跳跃改变的距离，并在这个任务中使用了它们的视觉。我们发现闭上一只眼睛并不会影响任务的成功，但老鼠完成每次试验的时间更长，跳跃前的动作更多，意味着它们改变了深度知觉的策略。最后，我们发现临时关闭大脑的视觉区域会干扰任务表现。

总的来说，这些发现支持我們的结论：老鼠像我们一样利用视觉来进行深度知觉等过程，但它们可能能够调整策略，使得它们只需一个眼睛。在人类中，也许这项工作可以帮助只有一个眼睛看得到的人。我们还发现与视觉相关的脑区对这种行为很重要。未来的研究应深入研究为什么它很重要，以及它与其他连接的脑区是如何相关的。视觉毕竟不仅仅发生在眼睛——没有大脑，视觉就没有意义。

就像一艘满载着戴眼罩的海盗的船可以穿越大海并捕捉宝藏一样，老鼠能够在闭上一只眼睛的情况下准确地跳跃到不同的距离，以捕捉零食。如果你不得不戴眼罩，看看你的行为如何因为你自己的视角而改变。这些跳跃的老鼠可能支持这样一个观点：虽然不同且有点慢，但单眼视觉足以满足我们某些方面的生存需求。

作者：Emmalyn Leonard

学术编辑：生物学家

非学术编辑：律师

原始論文 

• 标题 : Distance estimation from monocular cues in an ethological visuomotor task

• 期刊 : eLife

• 出版日期 : 20 September 2022

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