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Internal models direct dragonfly interception steering

机译：内部模型直接蜻蜓拦截转向

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摘要

Sensorimotor control in vertebrates relies on internal models. When extending an arm to reach for an object, the brain uses predictive models of both limb dynamics and target properties. Whether invertebrates use such models remains unclear. Here we examine to what extent prey interception by dragonflies (Plathemis lydia), a behaviour analogous to targeted reaching, requires internal models. By simultaneously tracking the position and orientation of a dragonfly's head and body during flight, we provide evidence that interception steering is driven by forward and inverse models of dragonfly body dynamics and by models of prey motion. Predictive rotations of the dragonfly's head continuously track the prey's angular position. The head-body angles established by prey tracking appear to guide systematic rotations of the dragonfly's body to align it with the prey's flight path. Model-driven control thus underlies the bulk of interception steering manoeuvres, while vision is used for reactions to unexpected prey movements. These findings illuminate the computational sophistication with which insects construct behaviour.%本期封面图片所示为带回射标记的蜻蜓在捕捉一只苍蝇。灵长类和其他脊椎动物利用内部模式来控制和预测它们动作的后果，但无脊椎动物过去则被认为基本上依靠反射。在利用运动捕捉(motion capture)来跟踪正在捕捉飞行中的猎物的蜻蜓的头部和身体运动所做的一项研究中，Anthony Leonardo及同事演示了在一个昆虫中以前没有看到过的行为复杂性。这只蜻蜓的头部从下面接近，锁定到其目标上，同时其身体进行迂回，来与猎物的飞行路径保持一致，并缩短与猎物的距离。蜻蜓并不是以反应方式来产生这些导向动作的，也就是所并不是只对猎物运动的变化做出反应，而是同时采用反应性和预测性控制方式。这些预测可以解释猎物的运动和蜻蜓自己身体的运动，也与由身体内部模式产生运动的推断相一致。昆虫神经系统可供进行实验研究的这种特性，再加上蜻蜓的承重能力，使得研究人员能够对关于运动控制的这些普遍原理进行详细的力学解析。
机译：脊椎动物的感觉运动控制依赖于内部模型。当伸出手臂伸向某个物体时，大脑会使用肢体动力学和目标属性的预测模型。无脊椎动物是否使用这种模型仍不清楚。在这里，我们研究了蜻蜓（Plythemis lydia）在某种程度上需要内部模型来捕获猎物（蜻蜓）。通过同时跟踪蜻蜓在飞行过程中头部和身体的位置和方向，我们提供了证据证明拦截转向是由蜻蜓身体动力学的前向和反向模型以及猎物运动模型驱动的。蜻蜓头的预测旋转不断跟踪猎物的角位置。通过猎物追踪建立的头部-身体角度似乎可以引导蜻蜓的身体进行系统旋转，以使其与猎物的飞行路线对齐。因此，模型驱动的控制是大部分拦截转向动作的基础，而视觉则用于对意外的猎物运动做出反应。这些发现阐明了昆虫构造行为的计算复杂性。％本期封面图片显示为带回射标记的蜻蜓在捕捉一只苍蝇。灵长类和其他浪费利用内部模式来控制和预测其动作的后果，但无缺陷过去则被认为基本上反射。在利用运动捕捉（动作捕捉）来跟踪正在捕捉飞行中的猎物的蜻蜓的头部和身体运动的一项研究中，安东尼·莱昂纳多及同事演示了在一个昆虫中以前没有看到过的行为复杂性。这只蜻蜓的头部从下面接近，锁定到其目标上，同时其身体进行迂回，来与猎物的飞行路径保持一致，并同时与蜻蜓不是以反应方式来产生这些导向动作的，也就是不是唯一对猎物运动的变化做出反应，同时同时采用反应性和预测性控制方式。这些预测可以解释猎物的昆虫神经系统捕捉进行实验研究的这种特性，再加上蜻蜓的承重能力，使研究人员能够对关于运动控制的这些普遍原理进行详细的力学解析。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2015年第7534期|333-338a3|共7页
  • 作者

    Matteo Mischiati; Huai-Ti Lin; Paul Herold; Elliot Imler; Robert Olberg; Anthony Leonardo;

  • 作者单位

    Janelia Research Campus, Howard Hughes Medical Institute 19700 Helix Drive, Ash burn, Virginia 20147, USA;

    Janelia Research Campus, Howard Hughes Medical Institute 19700 Helix Drive, Ash burn, Virginia 20147, USA;

    Janelia Research Campus, Howard Hughes Medical Institute 19700 Helix Drive, Ash burn, Virginia 20147, USA;

    University of Arizona, Department of Neuroscience, 1040 E. 4th Street, Tucson, Arizona 85721, USA;

    Union College, 807 Union Street, Schenectady, New York 12308, USA;

    Janelia Research Campus, Howard Hughes Medical Institute 19700 Helix Drive, Ash burn, Virginia 20147, USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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