Оптомоторный ответ

В поведенческой биологии оптомоторная реакция является врожденным , ориентирующим поведением, вызванным визуальным движением всего поля и характерным для рыб и насекомых во время локомоции , такой как плавание , ходьба и полет . ^{[1] [2] [3] [4] [ 5] [6] [7] [8] [9]} Оптомоторная реакция имеет алгоритмические свойства, такие как направление когерентного движения всего поля диктует направление поведенческого выхода (например, левые визуальные стимулы приводят к повороту налево, а правые визуальные стимулы приводят к повороту направо). Например, когда личинкам данио-рерио предъявляют синусоидальный черно-белый решетчатый узор, личинки поворачиваются и плывут в направлении воспринимаемого движения. ^[10]

Оптомоторный ответ необходим животным для исправления незапланированных отклонений курса при навигации в окружающей среде, таких как изменения течения вокруг плывущей рыбы или порывы воздуха вокруг летающих насекомых. Реакция быстрая и инстинктивная , с чистым временем задержки всего 20-40 мс для плодовых мушек в полете. ^[11]

Оптомоторный ответ является центральной особенностью системы управления полетом мухи: мухи, подверженные незапланированному кажущемуся самодвижению, двигаются, чтобы минимизировать результирующий оптический поток (ретинальные паттерны движения) и исправить непроизвольные отклонения от курса. ^{[1] [12] [13] [14] [15]} В их естественной среде полномасштабные оптические потоки вызываются различными маневрами полета; например, вращательный оптический поток генерируется вращением тела во время зависания, тогда как расширяющийся оптический поток вызывается перемещением тела во время прямого полета. Таким образом, мухи реагируют на панорамные ретинальные паттерны визуального расширения надежными маневрами управления от точки расширения (имитируя приближающийся объект), чтобы избежать столкновений и поддерживать позы полета против ветра. ^[16]

Оптомоторный ответ часто используется в качестве поведенческого анализа . У данио-рерио оптомоторный ответ часто используется в качестве показателя визуальной производительности , поскольку его можно надежно вызвать с 7 дней после оплодотворения на протяжении всей взрослой жизни. ^{[4] [7]} Контрастность и длина волны (цвет) полосок могут быть изменены для оценки специфических свойств их зрительной системы , например, для проверки вклада цвета в обнаружение движения . ^[17] У мух оптомоторный ответ используется для понимания функциональных свойств нейронных цепей в контексте определенного поведения и изучения сенсомоторных преобразований, лежащих в основе этого поведения. Чтобы описать физиологические или поведенческие свойства оптомоторного ответа, исследователи обычно изменяют пространственный период проецируемых визуальных паттернов и их скорость . Режим стимула часто состоит из периодов вращения большого поля или стимулов расширения с открытым циклом , чередующихся с периодами фиксации полосы с закрытым циклом, в которых животное контролирует положение одной вертикальной полосы.

Как поведенческие, так и физиологические оптомоторные реакции имеют различные кривые настройки для временной, пространственной и контрастной структуры движущихся изображений. ^{[5] [18] [19]} Величина и временной ход оптомоторной реакции на оптический поток зависят от временной частоты движения изображения, пространственного периода шаблона отображения, периодического контраста и пространственной организации стимула, например вращения или расширения. Обычно шаблоны с низким пространственным периодом (т. е. узкие полосы) вызывают более слабые реакции управления, чем шаблоны с высоким пространственным периодом (т. е. широкие полосы). ^[16] Сила оптомоторного ответа на различные временные частоты зависит от состояния: у неподвижных мух пиковый оптимум временной частоты составляет около 1 Гц, ^{[16] [20]} в то время как у шагающих мух пик поведенческого ответа на оптический поток составляет от 1 до 4 Гц ^{[5] [21] [20] [16]} , а оптимальная частота во время полета намного выше и составляет от 3 до 12 Гц ^{[22] [20] [16]}