Эхо-шаблоны помогают летучим мышам строить ментальные карты
Исследование, опубликованное в eLife, проливает свет на то, как летучие мыши распознают окружающую обстановку для построения ментальных карт.
Летучие мыши обладают отличной пространственной памятью и легко находят важные места, такие как места ночевок и кормления. Однако до сих пор было неизвестно, как именно эти животные распознают такие места с помощью эхолокации — восприятия на основе звуковых волн и их отражений. Новое исследование Университетов Бристоля и Антверпена предполагает, что животные наблюдают и запоминают шаблоны, чтобы сформировать когнитивную карту окружающей среды.
«Когда мы визуально распознаем места, например, нашу гостиную или офис, мы идентифицируем и локализуем различные объекты, составляющие сцену», — говорит Марк Холдерайд, PhD, старший автор исследования.
«Эхолокация не позволяет летучим мышам делать это, так как предоставляемая ею информация более ограничена. Поэтому мы хотели выяснить, как эти животные распознают свои места иначе, чем те, кто использует зрение».
Команда предположила, что в основе навигации летучих мышей с помощью сонара может лежать распознавание мест по шаблонам. Это означало бы, что животные распознают места, запоминая их «эхо-подпись», а не их трехмерную (3D) структуру.
«Жизнеспособность подхода, основанного на шаблонах, зависит от двух свойств. Одно из них — шаблоны должны позволять проводить уникальную классификацию, чтобы места были узнаваемы. Другими словами, они должны кодировать конкретное местоположение мыши в пространстве, чтобы она могла узнавать ранее посещенные места», — говорит первый автор Дитер Вандерэлст, PhD.
Для проверки гипотезы команда создала «искусственную летучую мышь» — устройство с ультразвуковыми микрофонами и динамиком, выполняющими роль ушей и рта. С его помощью они собрали большое количество эхо-сигналов из трех разных локаций: зеленого парка Святого Андрея и сада Ройал-Форт в Бристоле, а также более открытого каменистого ландшафта парка в Мидрешет-Бен-Гурион (Израиль).
Данные собирались на типичной для полета летучих мышей высоте около 2–3 метров. Измерения с каждого места собирались и сохранялись компьютером, интегрированным в устройство. Оценив шаблоны, команда обнаружила, что эхо-сигналы, возвращающиеся из каждого места, были достаточно уникальными, чтобы их можно было использовать для распознавания локации.
«Важно, что наш метод использовал эхо-сигналы, не определяя местоположение или идентичность объектов (например, растений и деревьев) на каждом участке. Данные подтверждают нашу гипотезу о том, что летучие мыши могут распознавать места, запоминая, как они звучат, а не как выглядят в 3D-сонарном изображении», — объясняет Вандерэлст.
Исследование также предполагает, что использование заметных ориентиров может быть естественным следствием распознавания мест по шаблонам.
«Мы обнаружили, что расстояния до зоны сбора эха были больше в израильском коридоре с крупными валунами, чем в коридоре с растительностью в садах Ройал-Форт. Это говорит о том, что летучие мыши могут использовать валуны как ориентиры для построения карты», — добавляет Вандерэлст.
«Это приводит нас к мысли, что когнитивное картирование на основе шаблонов будет естественным образом отдавать предпочтение таким ориентирам, поскольку они возвращают более сильные и узнаваемые эхо-сигнатуры. С учетом этих новых данных наша цель — попытаться собрать воедино всю головоломку навигационных склонностей и возможностей летучих мышей».