蟋蟀触角机械感知系统对可通行路径尺寸与方向的识别机制研究

本研究通过球面跑步机实验系统，首次揭示蟋蟀（Gryllus bimaculatus）能通过触角机械感知（mechanosensing）主动识别前方障碍物间隙的宽度（30°-90°）与方向，并据此调整气流（air puff）触发的逃逸行为方向。该发现为理解无视觉输入下昆虫空间感知的神经机制提供了新证据，对仿生机器人避障算法开发具有启示意义。

　　

在复杂自然环境中，昆虫如何仅依靠触觉导航一直是行为神经科学的未解之谜。蟋蟀等无脊椎动物虽缺乏高级视觉系统，却能灵活避开障碍物并选择最佳路径，这种能力主要依赖其触角（antennae）的机械感知功能。以往研究多聚焦于触角接触引发的反射行为，但昆虫是否能主动感知空间几何特征（如通道宽度、开口方向）仍无定论。北海道大学的研究团队在《Journal of Insect Physiology》发表的研究，首次证明蟋蟀可通过触角主动探测精确判断可通过路径的物理参数。

研究采用球面跑步机（spherical treadmill）系统，通过高速摄像记录蟋蟀对背部气流刺激的逃逸反应。关键技术包括：1）黑暗条件下排除视觉干扰；2）可调宽度（10-90 mm）和角度（0°-90°）的障碍物装置；3）定量分析逃逸轨迹的MATLAB算法；4）使用野生型Gryllus bimaculatus蟋蟀（体宽8-10 mm）作为模型生物。

Crickets modulated escape behavior depending on the width of the gap on the forward wall
当正前方障碍物间隙大于体宽（>10 mm）时，蟋蟀选择正向逃逸；间隙小于体宽时转向侧向移动。这种阈值化响应表明其能精确评估可通过空间尺寸。

Experimental design to evaluate resolution in spatial perception of the antennal system
30°斜向开口的弧形障碍物实验显示，蟋蟀能识别间隙方位并调整逃逸角度，证明触角系统具备空间方向解析能力。

该研究揭示昆虫触角不仅是接触传感器，更是主动空间测绘工具。其通过机械刺激（mechanostimulation）构建环境三维地图的机制，为开发新型仿生触觉导航系统提供了生物学蓝图。特别是蟋蟀在无视觉反馈下对几何参数的快速判断能力，对微型机器人避障算法的优化具有重要参考价值。研究还提出新假说：触角运动模式（active sensing）可能与空间记忆形成相关，这为后续神经环路研究指明了方向。