信鸽地标导航的秘密

www.saigew.com 2017-08-28 11:03 来源: 网络整理 作者: 采集侠 我要评论

    鸽子的海马回─信鸽地标导航的秘密

    信鸽运动立基于独特的鸽子归巢本能,这是由早期文明的军队刻意培养出来的。数世纪以来,鸽子的归巢本能一直被运用在信件收发及战时通讯上,而今这项工作已被现代的电子科技所取代。今天的信鸽只是纯粹被饲养来参加激烈的竞翔。

    现代鸽主必须拥有丰富广泛的科学知识,才能让鸽子将各种能力(归巢本能、免疫力、代谢力、呼吸系统及骨骼系统)发挥得淋漓尽致。我们必须掉丢相信臆测、传闻、神话和江湖郎中的心态,以全面提升信鸽运动。

    关于现代信鸽的行为生理学,目前已有大量的科学研究,不用多时,这些资料便会被整理完毕,然后供业余玩家阅读及应用。

    上图为鸽子大脑及耳朵的各部位。鸽子的海马回位于大脑半球的顶端,它的功能状态决定了鸽子处理迅速归巢所需的空间资讯的能力。在实验中,鸽子展现了各种不同的归巢力的模式。这些模式显示,鸽子会运用海马回的不同部分,来支援它们的海马回不适当的功能状态。这些差异因此导致直接协调的辨识迟缓,造成晚归。鸽子的耳朵被专家做特别的研究,因为它被视为一协调感测器。鸽子、鱼类和两栖类的内耳有耳石器官(Otolith organ),可以感受铁磁物质。

    Brain of a racing pigeon:鸽子的大脑
    Hippocampus:海马回
    Cereral Hemsphere:大脑半球
    Olfactory Nerves:嗅神经,用来传送气味信号给大脑
    Ear Semicircular canals:耳朵 半规管
    Optic Lobe:中脑(视叶)
    Lagena:蜗管
    Neck:颈部
    Columella in Middle Ear:中耳耳柱骨
    External Auditory Meatus:外耳道

    我们以教育本质为出发点,目标是提升现代的科学方法,以改进鸽病的预防及处理,加强飞行持久力,提供天气资料以求公平竞争性,学习并探索鸽子免疫系统的运作,以现代临床方法提高其免疫力,应用现代化喂养方式以及使用现代电子科技让信鸽运动更为精进。

    鱼类、两栖类和鸟类必须在环境关系上对它们所在地提供极少线索的空间中移动,反之,哺乳动物则在有地标和视觉线索作为指示导航的陆地上行动。2001年7月,耳鼻喉学专家、广岛大学校长原田康夫进行了一项实验,证明了他的理论:在耳石器官中发现的铁(磁铁矿,Fe3O4)位于鸟类内耳,可以让它们找到回家的路。这种耳石器官赋予动物在开阔的水平线中,水平及垂直协调的感知。包括人类在内的哺乳动物有两种耳石器官,而鱼类、两栖类和鸟类则拥有第三种耳石器官,帮助它们在空中或水中感知其位置。

    这时我们得注意,鸽子脑部要处理资讯,必须连有转换器,能将声、热及光(波长)等能量转换为一种称为神经的电能。这些感测器就是转换波长的眼睛、转换声能的耳朵、转换气味的鼻子、转换温度的皮肤以及耳石器官。在耳朵里的耳石器官将地球磁能转换成一种称为神经的电能,用来传输资讯至哺乳动物、鱼或鸟的大脑。磁受体耳石器官的发现极其重要,因为它揭开了鸽子、鱼类、两栖类和鸟类返乡的导航工具之谜。

    扩音器将声能转换成以电子讯号,接着扩大器放大电子讯号,同时在接收器的地方,电子讯号再被转变回声音。这种能量转换的形式即为地球上一种生命事实。

    现在我们可以研究测量某一种特定鸽种的受磁力的方法,并且大幅改善鸽种基因劣化的问题。我们可以使用一种能产生足够磁能的简易电线圈,然后以心电图(EKG)测出鸽子的生理反应。发展完善的磁受体,也就是耳石器官,暴露在磁场中会导致心跳、呼吸变快、血压升高,氧气消耗加速,进而促进新陈代谢。

    海马回是什么?

    海马回位于鸽子的前脑背内侧(见插图),和大脑的其他部份有无数的神经系统连结,是边缘系统(Limbic system)的一部分。在人类身上,海马回的刺激最显著的征兆便是突然和正在谈话的人“断了讯”,这表示海马回在人的注意力上扮演了重要角色。海马回的特性之一是,微弱的电刺激可导致这个脑区局部癫痫发作。这种癫痫则会造成各式运动精神障碍,其中包括嗅觉、视觉、听觉、触觉以及其他无法控制的幻觉,虽然当事人并未失去知觉,甚至还晓得那幻觉是不真实的。几乎所有的感官经验都会引起海马回不同部位的瞬间活动,海马回则会发布出去许多神经信号给下丘脑和边缘系统的其他部份。由此可知,输入大脑的神经信号的主要来源之一即为海马回,海马回的首要功能就是提供一条通道,让各种不同的输入神经信号去刺激边缘系统作出适当的反应(气味、视觉输入、温度感知、方向感等)。

    在决定哪些资讯会存入记忆时,惩罚和奖励中心扮演了重要的角色。然而,惩罚和奖励中心接收最初资讯的路线为何?研究显示,在连接各种感知信号的有效特征,并传输相关资讯至下丘脑的惩罚和奖励区以帮助学习,海马回功不可没。事实上,如果一个人的海马回受损,他会产生前向失忆症(anterograde amnesia)的现象,意即讯息不能由短期记忆转入长期记忆,无法记住新的经验,无法形成新的记忆。这在语言资讯方面尤为明显,可能因为脑部颞叶和这类资料有密切关系。

    信鸽的地标导航和海马回

    海马回结构和空间记忆的神经机制有很大的关系(O'Keefe & Nadel, 1978)。海马回虽不专属于神经导航系统,许多关于人类、猴子、老鼠及鸟类的研究却明白显示,它担当着记忆以及空间定位学习的作用。

    信鸽的归巢行为是一种良善的空间性导航系统,在真实世界中起作用(Papi & Wallraff, 1982)。简言之,一只训练有素的归巢鸽可以从未曾去过的放飞地朝故乡方向飞去,即便此系统并非十全十美,因为鸽子很少准确的朝故乡方向飞。Wallraff假设,这种特殊能力是以一种导航地图为基础,使得鸟类即使在一陌生地也能辨识出家的方向。

    诚然,对于鸽子导航系统的感官基础依然有争议,然而大气气味似乎也扮演了一个重要因素。实际的返家导航系统是和一独立的指向机制联结。导航地图使得鸟能够辨识和家相关的地点(例如鸽棚之南),而依赖太阳或地球磁场的指向机制则让鸟能选取并维持方向(例如地图位置为南,因此可以依据太阳朝这个方向飞而返家)。

    信鸽导航地图最重要的特性是,它建立了一个有弹性的空间反应系统,使鸽子能在不熟悉的远地点辨识出家的方位。鸽子会对陌生放飞地点的独特刺激生出适当的空间反应,这种能力说明了鸽子的导航地图是一种自然产生、认知的导航系统。探究海马回作为控制信鸽导航地图的角色,将有助于我们了解鸽子的海马回和哺乳动物的海马回在结构上的差异,虽说两者在神经元型分层组织、路径联结和神经化学上有相当程度的相似性。

    海马回病变及鸽子的导航系统失灵

    三个图形分别代表完整海马回、脑视丘被移除以及海马回被移除的鸽子的方向辨识力。每一个黑点代表一只鸽子从一放飞地朝鸽棚方向的消失承轴。里面的箭头代表平均向量,使用完整海马回的鸽子图的比例尺可以读出平均向量的长度(r)。这个比较图清楚显示,海马回的移除会导致鸽子失去方向感。这个方式可用来评估幼鸽的海马回,并且证明近亲交配会造成海马回的劣化。训练幼鸽时,这个方式可以提供方向辨识力的重要证据。您可以此为基准,测量幼鸽的归巢力。海马回完整的鸽子的消失承轴是-16,脑视丘被移除的鸽子是-24,海马回被移除的鸽子则是+2,类似的幼鸽的消失承轴经常被记录(一个个人的观察)。

    下图:

    图形显示海马回(Number=19)及脑视丘(Number=20)被移除的鸽子的移除后重组。红色区块代表对80%的鸽子甚为平常的移除比例,黑网点区块代表在30%的鸽子身上出现的移除比例。其他研究也使用类似方式来确认海马回在鸽子的方向辨识力的重要性。

 

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