Эхолокация летучих мышей оказалась проще, чем считалось

Новые данные исследователей из LMU опровергают общепринятую модель эхолокации у летучих мышей. Они показывают, что для эффективной навигации мышам требуется гораздо меньше пространственной информации, чем предполагалось ранее.

Летучие мыши ориентируются в темноте, испуская ультразвуковые сигналы и анализируя эхо, отражённое от объектов. Эксперименты LMU опровергают центральный постулат классической модели эхолокации.

«До сих пор считалось, что эхо предоставляет акустическое изображение среды, позволяющее не только обнаруживать объекты, но и воспринимать промежутки между ними. Это представление оказалось ошибочным. Наши эксперименты показывают, что летучие мыши обладают очень слабой способностью к пространственному разрешению объектов. Их навигационная система обходится удивительно малым объёмом пространственной информации, и её принцип работы фундаментально отличается от привычной картины эхолокации», — говорит профессор Лутц Вигребе.

Суть эксперимента

• Мышей обучали издавать ультразвуковые сигналы при обнаружении акустических отражений от целевого объекта.
• В эксперименте эхо от целевого объекта сочеталось с «виртуальными» отражениями от источников слева и справа от него, создавая помехи.
• Мыши могли обнаружить цель только когда виртуальные источники помех находились относительно далеко от неё.

Ключевые выводы

• Низкое разрешение: Пространственное разрешение системы эхолокации летучей мыши примерно в три порядка хуже, чем у человеческой зрительной системы. Мыши получают крайне «размытую» картину окружающего мира.
• Другой принцип: В отличие от зрения, где фоторецепторы сетчатки напрямую кодируют пространственные оси, сенсорные клетки внутреннего уха кодируют время и частоту. Пространственная информация извлекается из этих данных вторично, путём нейронной обработки.
• Компенсация: Мыши компенсируют низкое пространственное разрешение за счёт постоянного обновления информации о расстоянии и направлении до объектов, фокусируясь на определении относительного положения ближайших из них.

Практическое значение

• Для технологий: Навигационные системы (например, в автономных автомобилях) используют камеры для получения непрерывного потока информации, который может быть избыточным. Более простая схема летучих мышей, не требующая построения 3D-изображения, может быть полезна для разработки эффективных альтернатив.
• Для понимания поведения: Ранее было показано, что некоторые виды летучих мышей чувствительны к поверхностным волнам с высокой пространственной частотой, что позволяет им оценивать глубину (например, обнаруживать насекомое на поверхности воды). Новое исследование демонстрирует, что мыши не могут пространственно разрешить эту информацию: если водная поверхность покрыта растительностью, мышь не сможет локализовать добычу.