斑马鱼社交行为中深度信息与社交线索的整合机制研究

研究人员通过开发虚拟现实(VR)系统，构建具有自然行为特征的虚拟斑马鱼，探究了深度感知（运动视差）如何影响斑马鱼的社交趋近行为。研究发现，深度感知能协同增强静态行为（如转向和摆尾）触发的社交反应，同时抑制自身运动引起的视觉干扰。该研究为理解脊椎动物社交-空间信息整合提供了新视角，并强调了虚拟刺激设计中深度信息的重要性。

　　

在自然界中，动物需要同时处理社交伙伴的动态信息和环境的空间信息以维持群体结构。然而，由于技术限制，关于这两类信息如何整合调控行为的机制尚不明确。斑马鱼作为典型的群居脊椎动物模型，其视觉依赖的社交行为（如集群和求偶）为研究这一问题提供了理想窗口。但现有虚拟刺激系统缺乏自然行为特征和深度线索，难以真实模拟社交互动。

为解决这一问题，台湾中央研究院分子生物研究所的Jing-Yu Tsao、Chiao-Ya Tang等研究人员开发了一套创新的虚拟现实(VR)系统。该系统通过实时追踪真实斑马鱼头部位置，动态调整虚拟摄像机的视角，首次在鱼类行为研究中实现了运动视差（motion parallax）这一关键深度线索的精确操控。同时，研究者基于对真实斑马鱼游动动力学的量化分析（包括转向角度△、尾鳍最大曲率θ_max等参数），构建了能表达自然间歇性位移、身体转向和尾鳍摆动的虚拟斑马鱼模型。相关成果发表在《Current Biology》上。

关键技术方法包括：1) 基于Unity引擎构建含三维虚拟水箱和圆柱标志物的VR环境；2) 使用DeepLabCut实时追踪测试鱼体关键点（嘴部、眼睛及尾部的9个标记点）实现闭环控制；3) 通过概率采样真实鱼游泳事件参数库（38种转向动画）驱动虚拟鱼行为；4) 设置不同距离组（3.7-12.9 cm）和群体规模（1-3条）比较社交反应差异。

主要研究结果

虚拟斑马鱼触发强效且持久的种属特异性反应
完全渲染行为的虚拟鱼能诱发与真实鱼相似的趋近行为（身体朝向45°-90°），且持续15分钟以上。三室选择实验显示，虚拟斑马鱼比真实孔雀鱼更具吸引力，证实其社交特异性。群体规模效应显示，三条虚拟鱼引发的趋近反应显著强于单条鱼。

运动视差增强生物位移触发的趋近反应
在无运动视差时，间歇性位移（intermittent translocation）即能触发强反应，而连续漂移仅引发弱反应。引入运动视差后，生物位移触发的反应有适度增强（p=0.026）。

运动视差使静态行为获得社交触发能力
转向（△中位数16.8°）和尾鳍摆动等静态行为在无运动视差时不引发反应，但结合运动视差后触发显著趋近（尾鳍摆动p<10^-4）。对照实验排除了非社交物体或单纯空间深度的影响。

深度感知抑制自身运动引起的视觉干扰
静态虚拟鱼因测试鱼自身移动产生的被动位移（PTL）不触发反应，但意外PTL（如388 ms延迟或反向运动）会引发强反应，表明斑马鱼能基于深度感知预测并抑制自身运动导致的视觉变化。

这项研究首次揭示了深度感知在脊椎动物社交行为中的双重调控作用：既能通过运动视差增强静态社交信号的识别，又能通过预测机制过滤自身运动产生的视觉噪声。该发现为理解自闭症等社交障碍的感知异常提供了新思路，并强调了虚拟刺激设计中整合三维空间线索的重要性。技术层面建立的闭环VR系统为后续神经机制研究（如通过双光子钙成像解析相关神经环路）奠定了方法学基础。