计算机算法将斑马鱼的猎物捕获行为分解为组件

喝茶和穿鞋之间的共同点是什么?这两个动作都由连续的几个动作组成。邓肯·梅恩斯(Duncan Mearns)解释说：“就像语言一样，它是由排列成句子的音节组成的，许多行为都是由几个连续的动作组成的。”“要了解大脑如何产生行为，我们需要了解“音节”，即行为的构成要素。”马克斯·普朗克神经生物学研究所的梅恩斯和他的同事们在人工智能的帮助下，将幼虫斑马鱼的狩猎行为分解为基本的构成部分。它们显示了这些构建基块如何组合形成更长的序列。

斑马鱼幼虫虽然短于半毫米，但已经掌握了它们生存所需的所有行为。捕捉猎物就是这种先天的行为序列，可以根据经验进行微调。但是，神经元回路如何引导和组合这种行为的成分以成功捕获猎物?

拜耳部门的神经生物学家开发了一种高科技检测方法来研究鱼类行为的细节。高速摄像机记录了鱼在小碗中自由漫游时鱼的眼，尾巴和下巴运动。经过特殊设计的计算机算法然后评估记录的图像，并将其分配给计算机学习的行为组件。数千条鱼类运动的结果揭示了猎物捕获行为的三个组成部分：方向，进近和捕获。

鱼尾的运动会根据猎物的位置进行连续调节。尽管如此，计算机算法仍能够识别出三个猎物捕获组件的三个定义的运动模式。这些运动模式然后总是以相同的定型顺序彼此跟随。邓肯·梅恩斯(Duncan Mearns)解释说：“用眼睛看起来太快了，即使在慢动作中，我们也无法像计算机那样精确地将行为成分分开。” 。当猎物正好在鱼嘴前时，计算机甚至可以区分鱼用来捕获猎物的两种不同的运动类型。

猎物总是在视野中

调查证实，这条鱼需要两只眼睛瞄准猎物-然后选择适当的捕获行为。取决于估计的距离，鱼在快速冲刺和吞咽或强烈的吮吸运动之间做出决定。由于这些结果，研究人员现在知道寻找在大脑两侧活跃的神经元，从而有助于确定此时猎物的距离。

当他们用虚拟点代替猎物时，神经生物学家还收到了猎物捕获行为期间刺激处理的信息。每当模拟的猎物点消失时，鱼就会中止其狩猎行为-与行为期间何时发生无关。梅恩斯说：“这向我们表明，鱼需要不断从猎物的眼睛得到反馈，才能显示出整个狩猎过程。”

搜索大脑行为

通过他们的实验设置，神经生物学家将复杂的行为分解为可由计算机识别的单个组件。被调查行为属于斑马鱼的事实并非偶然。透明的鱼幼虫以及可用的遗传和光遗传学方法使科学家现在可以专门搜索所描述行为成分的神经回路。“我们现在更加了解我们在寻找什么以及在哪里可以找到它，” Mearns解释说。

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