Биологи обнаружили у богомолов новый механизм стереоскопического зрения

Ученые обнаружили у богомолов новый тип стереоскопического зрения, не характерный для других животных. Вместо того, чтобы сравнивать изображение, получаемое левым и правым глазом, богомолы находят области, в которых меняется освещенность, и оценивают расстояние до объекта по изменению освещенности с течением времени, пишут ученые в Current Biology.

В основе стереоскопического зрения животных лежит небольшое различие между изображениями, которые попадают в зрительное поле левого и правого глаза. Основываясь на разнице между этими изображениями, можно не только получить информацию о внешнем виде объекта, но и оценить расстояние до него. Простейший тип стереоскопического зрения — бинокулярное зрение, когда зрительную информацию получают два глаза. Известно, что многие насекомые для получения изображений используют и большее количество глаз (омматидиев), однако единственное насекомое, о стереоскопическом зрении которого известно достоверно, — это богомол. 

Общие принципы построения трехмерного изображения из информации, получаемой зрительной системой, достаточно хорошо изучены для большинства позвоночных животных (в первую очередь, млекопитающих и птиц). Об особенностях стереоскопического зрения богомола до настоящего дня было известно мало. 

Группа биологов из Университета Ньюкасла под руководством Вивека Нитьянанды (Vivek Nityananda) изучила механизм стереозрения у богомолов с помощью эксперимента, который до этого использовался для подтверждения его наличия: в одной из предыдущих работ. На богомолов надевали специально разработанные очки с оптическими фильтрами: такие фильтры позволяют показывать разные картинки для левого и правого глаза. Изображения-стимулы транслировались с экрана монитора, расположенного на расстоянии 10 сантиметров от насекомого. Для того, чтобы оценить воздействие того или иного стимула на богомола, для показа выбрали те изображения, реакция насекомого на которые известна (например, движения конечностями).

Для оценки точных механизмов стереоскопического зрения ученые показывали богомолам несколько изображений, состоящих из движущихся и статичных точек. Изображения для левого и правого глаза богомола различались, при этом картинка была составлена таким образом, что в каждом отдельном кадре для каждого глаза выделить движущийся целевой объект среди статичного фона было невозможно.

Чтобы определить, насколько для анализа стимула важно согласование между статичной частью изображений для левого и правого глаза, ученые в эксперименте использовали несколько различных комбинаций согласованности статичной и движущейся частей изображения. Для этого авторы работы разработали несколько различных траекторий движущихся точек, которые соответствовали различным виртуальным положениям объекта (на экране, перед экраном или с вообще не пересекающимися лучами), чтобы понять, каким образом устанавливается соответствие между объектами, движущимися в правом и левом зрительном поле. Для сравнения принципов стереоскопического зрения аналогичный эксперимент с теми же самыми изображениями провели с участием людей.

Оказалось, что, в отличие от зрения позвоночных животных, основанного на сравнении картин освещенности, получаемых левым и правым глазом, богомол сравнивает не саму освещенность, а ее изменение с течением времени. При этом, что интересно, и положение движущегося объекта, и картина фона, видимые правым и левом глазом, могут быть не полностью согласованы, что не мешает точно оценить расстояние до объекта.

Ученые отмечают, что обнаруженный механизм зрения позволяет очень точно определять расстояние до движущихся объектов. При этом, однако, не очень понятно, насколько хорошо стереоскопическое зрения богомола работает для статичных предметов. Кроме того, по словам биологов, стереоскопическое зрение богомола явно превосходит человеческое в том случае, когда изображения, получаемые в два зрительных поля, не соответствуют друг другу.

Авторы работы отмечают, что поскольку модели стереоскопического зрения используют для создания искусственных оптических элементов, алгоритмов обработки изображений и компьютерного зрения, то и обнаруженный механизм зрения богомолов может оказаться довольно полезным для увеличения эффективности их работы.

Тем не менее, не все принципы трехмерного зрения, используемые в робототехнике, основаны на стереоскопическом зрении. Например, гладильный робот использует для построения трехмерного изображения датчик глубины, который помогает находить складки и неровности на ткани. А дроны при посадке вместо стереоскопического зрения могут пользоваться данными камеры оптического потока.

Александр Дубов