13日出版的美国《科学》杂志发表了一篇以中国科学家唐世明先生为第一作者的论文,这一论文改变了人们对昆虫视觉的理解,指出果蝇具有高等动物类似的视觉特征。
有关专家指出,这项研究成果对于揭示脑内概念、思维的形成,以及进化都具有重要的意义。
今年33岁的唐世明博士是中国自己培养的科学家之一。他在大学及研究生期间学习火箭及自动控制、机器人,六、七年前才进入中国科学院生物物理研究所,进行生物方面的研究工作。他被认为是复合性人才的典范之一。近年来,中国非常注重符合性人才的培养,希望这些人才在一些交叉领域、新兴技术领域有所突破,以提高中国的科研水平和能力,缩短中国同发达国家之间的差距。
经过一年左右的实验,我国科学家惊奇地发现,果蝇这样的低等动物竟然也具有识别“变化”图形的能力,从而表明果蝇具有复杂的视觉信息处理机制,改变了过去十多年来人们对昆虫视觉的传统认识。
以中国科学院生物物理研究所33岁的唐世明研究员为第一作者的有关论文,发表在13日出版的权威杂志《科学》上。专家认为,这一研究对于视觉神经机制研究及进化论都有重要启示。
同样的图案出现在视野的不同位置仍能被识别,或图案按比例缩小、放大后仍能被识别,图案旋转一定角度后仍能被识别,这种视觉不变性是高等动物特别是人的视觉的基本特征之一,但这种重要的生物特性在低等动物中一直没有被发现。以往人们认为果蝇的脑很简单,只能按模板匹配识别图形,如果遇到同样目标,位置稍微变一点就会认不出来了。我国科学家的研究改变了这一看法。
科学家将饭粒大小的果蝇固定在一台飞行模拟器上,当果蝇试图转向某个图形时,身体会受到红外光的照射,从而遭受“热”的惩罚。经过一段时间训练,果蝇就知道某个图形是危险的,而“自觉”地转向另一个安全的图形。
在接受训练后,科学家将圆形、斜线等图形在果蝇眼前变化位置,或者变大、缩小,结果发现,果蝇仍能区分出危险或安全的图形,从而证明了果蝇的视觉具有不变性,而且其视觉信息可在两个脑半球之间交流和共享。
科学家进一步研究发现,果蝇还能识别“蓝色方块在绿色方块之上”,并且能识别一些简单的组合图案。
唐世明研究员的学士、硕士、博士学位均在国内获得,此前曾经作为第一作者在《科学》上发表过一篇论文。中国科学院院长路甬祥就此评价说:“这表明土生土长的博士也能做出一流成果。”
今天出版的国际权威学术刊物《科学》杂志发表了我国青年科学家唐世明为第一作者的题为“果蝇的视觉模式识别具有视网膜位置不变性”的研究论文。年仅33岁的中科院生物物理研究所研究员唐世明等人发现和证明了果蝇的视觉具有位置不变性,这一研究成果改变了人们以往对昆虫视觉的理解,表明果蝇的脑具有复杂的视觉信息处理机制,使昆虫视觉与脊椎动物视觉在认知层面上统一起来。
这项科研成果由唐世明领导的研究组为主与德国同行合作完成。他们自行巧妙地研制出一种新的实验仪器——新型飞行模拟器,科学家将饭粒大小的果蝇固定在这台飞行模拟器上,当果蝇试图转向某个图形时,身体会受到红外光的照射,从而遭受“热”的惩罚。经过一段时间训练,果蝇就知道某个图形是危险的,而“自觉”地转向另一个安全的图形。由此,通过这种办法检测出果蝇的视觉模式识别能力。
同样的图案出现在视野的不同位置能被识别,或图案按比例缩小、放大后能被识别,图案旋转一定角度后仍能被识别,这种视觉不变性是高等动物特别是人的视觉的基本特征之一,但这种重要的生物特性在低等动物中一直没有被发现。以往人们认为果蝇的脑很简单,只能按模板匹配识别图形,如果遇到同样目标,位置稍微变一点就会认不出来了。唐世明等人的研究成果改变了这一看法,发现了果蝇视觉具有平移不变性,或者说果蝇也是按图形的特征进行识别的,这一成果对于视觉神经机制研究及进化论哲学认识都有重要的启示。