蝙蝠回声如何感知距离?

P. kuhlii在其回声定位序列的频谱图上方.

来源:Eran Amichai，经允许使用.

许多蝙蝠使用回声定位导航-发出高频声音脉冲并分析返回的回声.准确估计距离的能力是蝙蝠回声定位的标志.蝙蝠通过声音从物体反弹并返回到物体所需的时间来评估它们与物体的距离.他们在这项任务上非常出色；一些实验表明，蝙蝠可以分辨3mm或更小的距离.

蝙蝠在大脑中经过延迟调整的神经元的帮助下达到了这种准确性.这些是通过特定的呼叫回声时间延迟激活的小区，假设它们可以对目标距离进行编码.但是，尚不清楚将信号到回声延迟转换为距离是先天的还是习得的行为.当小蝙蝠第一次起飞时，它的大脑是否正确地将时间延迟转换为距离?

加快声音

Yossi Yovel
特拉维夫大学
埃兰·阿米猜(Eran Amichai)
现在位于达特茅斯学院(Dartmouth College)的博士通过在回声蝙蝠中引起听觉上的错觉来解决了这个问题.由于将时间转换为距离取决于声音的速度，因此他们改变了声音的速度，以了解声音如何影响蝙蝠.感官行为. Yovel和Amichai在今天的报告中报告了结果
美国国家科学院院刊
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研究人员饲养了两组
Pipistrellus kuhlii
蝙蝠幼崽从出生到独立飞行的年龄.一组在正常空气下的飞行室中饲养，另一组在其中用氦气代替空气中氮的饲养室中饲养.由于声音在富含氦气的空气中的传播比在正常空气中的传播快，因此这些幼崽在声音速度比正常情况快15％的环境中长大.

“这是指蝙蝠发出的声音迅速传播，命中目标并迅速返回目标，"阿米猜说. “通过这种方式，我们欺骗蝙蝠的大脑以使目标更近."

接下来，Amichai和Yovel训练蝙蝠飞向1.3m外的垂直目标以进食.由于蝙蝠在飞向目标之前和飞行过程中会调整其回声定位参数(例如声音的持续时间和间隔)，因此这些功能可以在起飞和飞向目标时揭示他们认为目标所在的位置.

一只成年蝙蝠从栖息处飞向目标.

来源:Eran Amichai，经允许使用.

在幼犬升起的环境中对其进行测试后，研究人员将它们带到另一个飞行室，以查看它们是否会适应新的声速.他们还对成年蝙蝠进行了类似的实验，以观察成年蝙蝠是否可以适应音速的提高.

焦点模糊

Amichai和Yovel报告说，在富含氦气的空气中饲养的幼崽被低估了目标距离，而在正常环境中暴露于富含氦气的空气中饲养的幼崽也被低估了.使用视觉隐喻，人们可以说蝙蝠“专注".它们的回声位置太近.

成年蝙蝠也是如此，它们在更新声音参考环境的速度方面没有灵活性.所有成年蝙蝠都低估了目标距离，其准确性并没有随着时间的推移而提高.

Amichai说，人们戴着面具在水下潜水的经验为这项研究提供了有用的隐喻.对于初次潜水的人来说，一切似乎都越来越大，他们无法正确评估尺寸和距离.经验丰富的潜水员的错误较小，尽管他们没有自觉地进行补偿-他们的大脑会进行“转换".根据经验自动生成.但是，当蝙蝠引发类似错误时， echolocation，他们无法执行转换.

由于幼崽和成年动物都无法适应声音速度的变化，研究人员认为，它是蝙蝠脑中固有的编码.

“我们的实验让蝙蝠收集有关其错误的信息，"阿米猜说. “他们可能会错过目标，然后相应地调整其回声位置和飞行距离，但他们从没有这样做.它们的感觉行为始终完全取决于回声的时间.

了解蝙蝠脑

研究人员说，这表明蝙蝠不会测量回声延迟并将其转化为距离，而只会对延迟做出反应.他们用时间来编码世界，而不是将时间转化为距离.相比之下，Amichai举了一个例子，一个人伸手拿桌子上的电话.他们的大脑估计距离约为一英尺半.另一方面，蝙蝠的大脑会告诉您电话距离1.5毫秒.

成人P. kuhlii.

来源:Leonardoancillotto86，通过Wikimedia Commons获得.根据CC BY 3.0许可证分发.

那么蝙蝠为什么不表现出感觉上的柔韧性?为什么时间知觉是回声蝙蝠固有的，而不是博学的或适应性强的? Yovel和Amichai建议，尽快建立功能性感觉系统的选择压力很大.

新生蝙蝠幼崽可以在3周大的时候开始飞行，通常在10周内达到独立.这时，他们必须能够使用回声定位来导航和狩猎，否则就有可能无法幸免于冬天.这种生态约束可能已经驱动了蝙蝠大脑中延时处理的固有神经基础.

Amichai说，尽管这项研究使我们更接近于想象蝙蝠的感觉，但仍然存在许多悬而未决的问题，尤其是在环境，感官和大脑如何相互作用以影响行为方面.

“我们对大脑如何准确地将感官提供的信息处理为相关行为尚不完全了解，"他说. “我们的研究对此提供了一些见识，并为成为蝙蝠提供了一些经验."