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在猎物追逐行为中，动物如何通过眼球运动（如扫视）追踪目标并导航尚不清楚。研究人员测量自由奔跑雪貂追逐时的头眼转动，发现扫视并非用中央凹（AC）追踪目标，而是使 AC 与光流特征对齐，该机制在多种物种中存在，有助于理解动物视觉导航。
在动物的奇妙世界里，当它们追逐猎物时，眼睛就像精密的导航仪，要在追踪快速移动目标的同时，帮助身体在复杂环境中穿梭。然而，这里面却藏着不少难题。运动产生的光流会在视网膜上造成模糊，影响视觉清晰度，可动物们又得依靠光流来判断速度和方向进行导航。这就好比既要看得清，又得用模糊的视觉信息来认路，它们究竟是怎么做到的呢？
为了解开这个谜团，德国马克斯?普朗克行为神经生物学研究所的研究人员展开了深入研究。他们以雪貂为研究对象，进行了一系列精彩的实验，最终的研究成果发表在了《Current Biology》上。这一研究成果意义重大，它让我们对动物的视觉导航机制有了全新的认识，为理解生物在复杂环境中的生存策略提供了关键线索。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是通过定制的头眼追踪装置，精确测量雪貂在追逐目标时头部的位置、三维方向以及眼睛的水平、垂直和扭转转动；二是对视觉场进行重建，将环境中的物体映射到雪貂的视野中，以便分析目标和环境特征在视野中的位置；三是利用数字处理技术，去除特定的眼动数据，如眼球扫视和眼动追踪记录中的噪声，从而探究这些眼动对目标定位和光流模式的影响 。
研究结果如下：
- 眼动并非用 AC 追踪目标：研究人员在实验中记录了雪貂追逐目标时的各种数据，发现当雪貂直线追逐时，目标位置稳定在视野中与 AC 重叠的区域，此时眼动对维持目标位置作用不大。而在曲线追逐时，虽然出现了与头部转动紧密相关的水平扫视，但去除扫视和头部转动后，目标位置分布并未显著改变。这表明眼球扫视和头部转动并非主要用于维持目标与 AC 的对齐，目标在视野中围绕 AC 的聚集主要是因为动物在追逐时将目标保持在前方。
- 扫视使 AC 与光流扩张焦点对齐：光流在视网膜上的分布并不均匀，存在一个扩张焦点，这里的视觉清晰度最高。研究发现，在直线追逐时，光流扩张焦点与目标位置以及 AC 的位置显著重叠。而在曲线追逐时，扫视会使 AC 指向光流扩张焦点，去除扫视后，这种重叠关系就不再显著。这说明扫视在动物转弯时，能够调整 AC 的方向，使其与光流扩张焦点对齐。
- 扫视使 AC 与预期行进方向对齐：研究人员进一步分析了光流模式与动物行进方向的关系，发现扫视后 AC 的注视方向与动物 100 毫秒后的行进方向显著相关。而且，去除扫视会导致根据光流预测的行进方向误差增大，检测不到光流扩张焦点的情况也增多。这充分表明扫视对于动物根据光流准确估计行进方向至关重要，它能使 AC 与预期行进方向对齐。
- 头眼转动时间和速度匹配对光流控制很重要：头眼转动紧密同步，研究人员通过改变眼动和头动的时间顺序发现，无论是眼动提前还是滞后于头动，都会导致难以根据光流预测行进方向的情况增加。此外，头眼转动的速度也相互匹配，大的头部转动幅度对应大的扫视幅度，且峰值旋转速度与扫视峰值幅度相关。这说明精确的头眼转动时间和速度匹配，能够有效补偿旋转光流，恢复类似平移的光流模式，有助于动物导航。
- 扫视和 PSCR 限制信息损失：研究人员通过计算眼视图的信息内容发现，扫视会导致信息内容在扫视期间迅速下降，但在扫视开始 40 毫秒后恢复到或超过扫视前的水平。而去除扫视后，信息内容下降幅度变小，但恢复到扫视前水平所需的时间显著延长，且 PSCR 期间的平均信息内容也明显减少。这表明扫视能够将信息损失的持续时间限制在扫视期间，在 PSCR 期间保持视觉场景的信息内容。
- 多物种存在协调的头眼转动机制：研究人员在树鼩、大鼠和小鼠中也观察到了与雪貂类似的协调头眼转动模式，包括同步的头部转动和扫视，以及头眼转动幅度的缩放机制。这说明这种机制在多种物种中普遍存在，是一种用于补偿头部转动、恢复导航相关光流模式、减少模糊和稳定视觉的通用机制。
综合研究结论和讨论部分可知，这项研究揭示了雪貂在追逐目标时眼球扫视的新功能，即通过与头部转动紧密协调，改变光流特征与动物方向和航向的关系。这种机制不仅有助于动物在复杂环境中导航，还能在追逐过程中稳定图像，减少信息损失。而且，在多种物种中都存在类似的机制，这表明它可能是哺乳动物在运动中获取导航信息的一种普遍策略。这一研究成果为我们理解动物的视觉系统如何在复杂环境中发挥作用提供了重要依据，也为进一步研究生物的视觉导航机制开辟了新的方向 。
