Как саккады глаз помогают млекопитающим одновременно преследовать добычу и ориентироваться в сложной среде

Исследователи выяснили, как хищники используют зрение для навигации по местности во время погони за добычей. Преследование в сложной среде — серьёзная задача для зрительной системы: добыча меняет направление, а бег вызывает самоиндуцированное размытие изображения (motion-blur), ухудшающее зрение.

Учёные реконструировали зрительные поля свободно движущихся хорьков, преследующих убегающую цель. Оказалось, что быстрые согласованные движения глаз (саккады) выравнивают движение окружающего мира — а не самой цели — относительно сетчатки и её специализированных областей, отвечающих за высокую остроту зрения.

Саккады не фиксируют цель

Используя камеры на голове, команда из Института нейробиологии поведения Общества Макса Планка (MPINB) и Института нейробиологии Макса Планка во Флориде измерила вращения головы и глаз у хорьков.

• При беге по прямой с целью прямо перед головой цель проецировалась на область сетчатки с самой высокой остротой зрения.
• Когда цель меняла курс и животное поворачивало, возникали саккады, но положение цели на сетчатке оставалось в той же специализированной области.
• Цифровое удаление саккад или вращений головы не меняло положение цели на сетчатке — оно всё равно группировалось вокруг области острого зрения. Это означает, что саккады не служат для совмещения цели и области острого зрения, как предполагалось.

Саккады выравнивают движение мира относительно сетчатки

Исследователи проанализировали паттерн движения окружающей среды (оптический поток) на сетчатке. Они показали, что саккады направляют специализированную область сетчатки в сторону предполагаемого направления движения животного, которая также является областью с наименьшим motion-blur. Это происходило независимо от цели, так как саккады наблюдались и в её отсутствие.

«Очень сложно отслеживать что-то, что хаотично бежит, спасая свою жизнь, особенно когда вы тоже бежите. Но легче предсказать собственное движение и затем противодействовать ему, чтобы получить чёткое представление о том, куда вы направляетесь. Зрительная система млекопитающих, похоже, воспользовалась этим», — объясняет учёный MPINB Дэмиан Уоллес.

Саккады достигают этого, противодействуя вращению головы, чтобы совместить область самого острого зрения с направлением движения и областью с наименьшим размытием. Это позволяет минимизировать размытие изображения в этих специализированных областях сетчатки во время поворотов при преследовании ускользающей цели.

Обобщённый механизм

Такие же синхронизированные движения головы и глаз были обнаружены у свободно движущихся тупай, крыс и мышей, что указывает на обобщённый механизм у млекопитающих.

Точный по времени механизм позволяет животному гибко реагировать на резкие изменения направления, например, когда добыча пытается уклониться от захвата.

Исследование опубликовано в журнале Current Biology.