Британські дослідники встановили, що каліфорнійські морські леви можуть здійснювати активне сприйняття об'єктів вібрисами. Рухаючи вусами з великими амплітудами навколо країв об’єкта, тварини визначають розмір об'єкта; а виконуючи менші бічні погладжувальні рухи — визначають текстуру. Отримані результати у поєднанні з легкістю навчання ссавців і простотою вимірювання рухів вусами, роблять вібриси ідеальною системою для вивчення сприйняття, пізнання та контролю рухів у ссавців, зазначається у Journal of Experimental Biology.
Robyn Grant / YouTube
Для чого тваринам вуса?
У людей кінчики пальців є активною сенсорною системою, оскільки вони здійснюють цілеспрямовані рухи, наприклад: бічні рухи — для визначення текстури об’єкта та вертикальні — для оцінки його м’якості. У ссавців основною тактильною сенсорною системою є вібриси — чутливе до дотику волосся на морді, яке відсутнє лише у людей, людиноподібних мавп, носорогів та деяких видів китоподібних. Рухи деяких вібрисів забезпечує спеціалізована мережа м'язів, які зберігаються у тварин від сумчастих до приматів. Оскільки у багатьох видів тварин вібриси рухаються цілеспрямовано та під контролем, вони теж можуть розглядатися активною сенсорною системою. Однак невідомо, чи можуть тварини виконувати з їхньою допомогою певні завдання..
Ластоногі, включаючи тюленів, морських левів і моржів, мають найбільш помітні та чутливі вібриси у вигляді вус із усіх ссавців. Серед них каліфорнійські морські леви (Zalophus californianus) рухають вусами з найбільшою амплітудою і можуть орієнтувати їх у бік рухомих об’єктів. Вони також можуть використовувати свої вібриси, щоб розрізняти різні форми та розміри об’єктів з такою ж чутливістю, як і кінчики пальців людини. Тому каліфорнійські морські леви є зручним видом для подальшого вивчення активної природи сенсорного сприйняття вібрисами.
Хоча в багатьох дослідженнях підтверджено, що вібриси є активною сенсорною системою, науковці Манчестерського міського університету разом із працівниками зоопарку Блекпула вважають, що їм вдалося вперше встановити відмінності двох поведінкових реакцій, представлених одній і тій же тварині. Вони запропонували систему опису і контролю тактильної сенсорної системи у будь-якої тварини.
Robyn Grant / YouTube
Як досліджували вуса морського лева?
Вчені досліджували, чи можуть каліфорнійські морські леви здійснювати рухи вібрисами для певних завдань. При цьому вимірювали рухи голови та вусів тварин під час трьох різних завдань на розрізнення.
Для комплексного дослідження науковці використали самку каліфорнійського морського лева Ло. Використання однієї тварини допускається при дослідженні морських ссавців, але це змушує дослідників збирати якісні та кількісні дані від цієї особини. Ло послідовно виконувала завдання на розрізнення текстур, розміру та візуальної яскравості, використовуючи лише вуса.
Завдання вимагали від Ло знайти один цільовий стимул серед двох відволікаючих стимулів. Оскільки відомо, що морські леви використовують дуже маленькі рухи вусів при зоровому сприйнятті об'єкта, дослідники хотіли порівняти інтенсивність рухів вібрисами при виконанні візуальних і тактильних завдань. Щоб дослідити здатність тварини розрізняти текстуру та розмір за допомогою вібрисів, їй зав'язували очі, щоб вона використовувала лише тактильні відчуття. Так вона повинна була знайти за допомогою вусів рибу серед інших рибоподібних об'єктів, орієнтуючись на текстуру, а також виконати завдання на розрізнення розмірів, щоб знайти рибу середнього розміру серед інших відволікаючих речей. У візуальному завданні очі тварини не зав'язували, і їй потрібно було обрати рибу визначеної яскравості.
Усі експерименти проводилися під водою в головному виставковому басейні зоопарку Блекпула. Ло тренували за допомогою позитивного підкріплення: якщо вона успішно визначала об'єкт, то отримувала сигнал свистка, а потім – рибну винагороду. Тварина досліджувала подразники вусами, а потрібний об'єкт вибирала, вказуючи на нього мордою понад трьох секунд, складаючи вібриси до морди.
Виконання завдань Ло фіксували на камеру. Потім дослідники аналізували відеозаписи, відстежували положення і рухи головою та вусами. Усього було зібрано 30 днів відеоматеріалу для завдань розрізнення текстури та розміру та 20 днів для задачі розрізнення яскравості, що склало загалом 7200 проб (2700 для текстури, 2700 для розміру та 1800 випробувань яскравості).
Постановка експерименту. Приклади рухів вусами (білий) і голови (червоний) самки морського лева Ло, зняті відеокамерою зверху (ліворуч) і збоку (праворуч). Ло виконує завдання на розрізнення текстури (A), розміру (B) та яскравості (C). Цільовий об'єкт позначений червоною зірочкою. Alyx O. Milne et al. / Journal of Experimental Biology.
Що вдалось встановити?
Дивлячись на дані відеозапису, було зрозуміло, що Ло робила вусами конкретні рухи. Вона робила різкі рухи по текстурованих поверхнях і прощупувала краї фігур різного розміру. Ці специфічні стратегії руху також використовуються людьми кінчиками пальців.
Під час завдання розрізнення розміру Ло перемістила свій ніс і вуса до країв фігури, щоб оцінити її ширину. Аналогічно люди обмацують краї великих об’єктів кінчиками пальців, щоб судити про розмір і форму — це називається слідкування за контуром.
У цьому дослідженні вчені вперше виміряли такі рухи вусів у ластоногих, які, ймовірно, будуть ключовими для розрізнення текстур. Під час завдання текстури Ло здійснювала бічні розмашисті рухи головою та вусами, спрямованими навколо центру стимулу, який вона досліджувала. Еквівалентні рухи погладжування, розмахування або розтирання для оцінки текстури людина здійснює кінчиками пальців.
Можливість перемикати стратегії дослідження вусів між тактильними завданнями дозволила Ло ефективно виконувати завдання з високим успіхом. Час прийняття рішення для завдання текстури склав близько 300 мілісекунд. Як тільки Ло вивчила кожне завдання, вона успішно ідентифікувала кожен стимул з майже 100-відсотковою точністю. Вона також швидко приймала рішення щодо кожного стимулу, що займало у тварини менше однієї секунди.
Таким чином, дослідникам вдалося встановити, що каліфорнійські морські леви виконують цілеспрямовані рухи вусами, а також здатні виконувати ними багато завдань щодо розрізнення (диференціації) предметів. Вібриси та голова Ло найбільше рухалися під час завдання розрізнення форми, менше — у завданні текстури, а найменше — у завданні візуальної яскравості. Імовірно, що такі швидкі реакції аналізу інформації при обробці об'єктів вусами, ластоногі використовують під час пошуку їжі та навігації в темному підводному середовищі. Тому вчені вважають, що каліфорнійські морські леви є ідеальним видом для вивчення активної природи відчуття дотику вусами.
На фоні таких високих сенситивних можливостей тварин видається цікавим, на що спроможні технології? Американські інженери допомогли роботу відчути на дотик десять різних поверхонь за допомогою тактильних сенсорів із рідкого металу.