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人类早就想象过用不同的眼睛看到的世界会是什么样子。例如，在古希腊和古罗马神话中，巨人“Argus Panoptes”用他的几十只眼睛守望。诗人奥维德记载道，这些眼睛是独立成对的，每一次有两只睡觉，其余的保持警觉。
如今，一个更小的多眼之谜让科学家们着迷:跳蛛科的成员，或跳蛛，它们的前部有一对又大又圆的眼睛，头的两侧各有三个更小的眼睛。一项新的研究探索了这些蛛形纲动物是如何看东西的，更具体地说，是它们想要看什么。理解它们的眼睛如何一起工作可能会为未来的技术发展提供信息，并让我们一窥一个与人类完全不同的生物的感知能力。
辛辛那提大学生物学家Nathan Morehouse说:“这些结果表明，认知过程正在将世界分为有趣的类别，哪些值得转向并进一步研究，哪些不值得；哪些可以被忽视、忽略或保留在角落里。” Morehouse研究跳蛛视觉，但没有参与这项研究。“这些确实是关于不同思维的问题。”
“无脊椎动物世界的猫”
当Ximena Nelson在新西兰坎特伯雷大学讲授这些蜘蛛时，她喜欢和她的学生做一个实验。她警告他们，她将在教室前方的大屏幕上投影一个生动的跳跃蜘蛛的特写，然后看着包括自称蜘蛛恐惧症患者在内的人都高兴地大叫，好像他们看到了一只小海豹。
这种蜘蛛“如此引人入胜，因为它们有大眼睛，并且在看着你，”动物行为研究员Nelson说。她评论了这项新研究，但没有参与这项工作。
然而，除了它们可爱的一面之外，正是这些蜘蛛不寻常的行为使它们成为有价值的研究对象，尤其是在研究感知行为的时候。与许多蛛形纲动物不同，跳蛛不织网，也不呆在一个地方。它们巡视周围环境寻找猎物，跟踪猎物，然后猛扑过去捕捉猎物。康奈尔大学荣誉退休教授Ron Hoy（没有参与这项研究）研究跳蛛神经学，他说跳蛛的行为更像食肉猫科动物。他说，事实上，已故的神经学家Michael Land喜欢称跳蛛为“无脊椎动物世界的猫”。
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蜘蛛接近360度的视力帮助它们发现猎物并捕食。但是，虽然他们的两只大的前眼（称为前内侧眼）有很高的视力，但这些眼睛的视野很小。蜘蛛眼睛的晶状体不能像人类的一样旋转，所以当蜘蛛想转移视线时，它们只需在我们向侧面看的时间内调整整个身体的方向。它们在转向面对感兴趣的物体(包括潜在的猎物、威胁或配偶)之前，首先会用两对不太敏锐的侧面眼睛（称为前侧眼和后侧眼）发现这些物体。
这种行为导致许多科学家认为这些侧眼只是运动探测器。但是，现任德国雷根斯堡大学研究员的Massimo De Agró怀疑这些侧眼能做得更多:蜘蛛似乎用侧眼来挑选它们转向的方向。Agró是这项新研究的第一作者，他在哈佛大学做研究员时进行了该研究的实验工作，其研究结果发表在《公共科学图书馆生物学》（PLOS Biology）杂志上。
微型跑步机和一场灯光秀
研究跳蛛的图像处理过程，并不像科学家对大型动物所做的那样，在其大脑中植入电极那么简单。Morehouse说，这不仅是因为蜘蛛的大脑只有罂粟籽那么大，而且这些动物还利用静水压力来伸展腿，这使得它们的整个身体有点像一个“行走的水球”，可以从任何侵入性手术中弹出。
为了追踪跳蛛的视线，DeAgró和他的研究合著者使用了一种用来研究大黄蜂和其他小型无脊椎动物的流行技术。他们让一个带有图案的小球漂浮在向上吹动的气垫上。蜘蛛被放置在球的顶部并从上方固定住位置。当他们试图通过移动腿来转动身体时，它们会保持原地不动，但球会旋转，有点像跑步机。摄像机记录了球的运动，从而记录了蜘蛛的运动意图。
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研究人员随后同时在每只蜘蛛的周围展示了两幅图案，并记录下它试图转向哪一幅图案，以判断它对探究哪幅图更感兴趣。测试的图案之一是一系列移动的点，这些点代表了蜘蛛从侧面视角看到的“生物运动”。研究人员兴奋地发现蜘蛛可以将其与随机移动的点进行区分。
Hoy将这种抽象概念比作电影和电视剧在制作特效时，演员所穿的“绿屏”套装和白点:即使在电影魔法将一系列点变成超级英雄或僵尸之前，人类大脑也会将这些以某种方式移动的点识别为人类动作。“当然，众所周知，人类可以通过抽象的点来捕捉运动，”他说。“但事实是，现在表明，这也适用于跳蛛，这一点非常引人注目。”
作为一名接受过培训的心理学家，Agró说，科学家最早于20世纪70年代在人类身上描述了这种现象，但没有人想象过无脊椎动物也可能处理同样的抽象概念。除了向蜘蛛展示生物运动，他还创建了点显示，其中一个是相同运动的干扰版本(尽管有干扰，但研究表明其他动物认为这是活体运动)，另一个是随机运动。所有这些都被展示给蜘蛛的前侧眼。
蜘蛛在生物运动和乱序运动之间没有表现出偏好，但它们明显更喜欢随机运动。Agró说这个结果最初让他感到沮丧，因为随机点本来是作为对照组的，他们以为蜘蛛不会在意这个。
“当我看到第一种情况的结果时，我很难过，”他说。“我在想，‘这里发生了什么？很明显什么也没发生。’”但是蜘蛛的偏好在其他条件下是保持一致的。
Agró得出结论，当蜘蛛想获得更多的信息时，它们可能会转向运动图像，这意味着前侧眼睛不仅能检测运动，还能给跳跃的蜘蛛足够的信息，将运动分为活体(蜘蛛点和杂乱的蜘蛛点)和未知(随机点)两类。
Nelson说，这项研究设计巧妙，而结果令人惊讶。她还想知道雄性和雌性蜘蛛是否会对这些刺激表现出不同的反应，因为雌性更专注于寻找食物，而雄性特别痴迷于寻找配偶。
Agró补充说，他希望这项研究能帮助蜘蛛恐惧症患者以新的视角看待这些蜘蛛，特别是考虑到，无脊椎动物拥有一度被认为只有人类和其他哺乳动物才拥有的视觉处理能力。
了解动物眼睛的功能与我们人眼功能的不同之处，也可以拓宽程序员和机器人设计师的视野。研究人员已经开发了深度传感器，可用于视频游戏、汽车和手机，其灵感来自于跳蛛的眼睛工作方式。Hoy说，这些设计的未来迭代可能会有利于开发机器人在陌生地形上（无论是在雨林中飞行还是探索外行星的表面）的视觉传感器。
Hoy说，“弄清楚一只动物如何计算将任务外包给不同的眼睛，将是一个很好的方法去思考如何设计机器人，让它们能在一个不可预测、视觉混乱的世界中导航。”
撰文：Maddie Bender，《科学美国人》2021年的AAAS大众媒体研究员。她最近获得了耶鲁大学公共卫生学院微生物疾病流行病学硕士学位。
翻译：魏书豪
审校：郭晓
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
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