本次介紹的為於2025年6月份所發表的文章 “Lateralised memory networks may explain the use of higher-order visual features in navigating insects”,該文章主要探討高階視覺特徵 (higher-order visual features) 或者說所謂的「風景」是如何被記住與利用的。
在很多實驗裡,螞蟻只要走過一次從巢穴到食物的路,下次就能憑「風景」回家。 研究者發現,螞蟻並不是記每一個像素,而是依賴比較抽象的視覺特徵: 例如「場景中有多少特定形狀在視野左邊、右邊」這種分佈資訊。
行為學中有一個常用的量:質量分數位置 (fractional position of mass, FPM) 大致可以想像成:「如果把眼前看到的特定形狀當成重量,它的重心落在視野的哪一側、哪個角度」。
當研究者改變牆上圖形的位置或形狀,只要讓 FPM 跟訓練時差不多,螞蟻就會朝相似的方向走。依此,似乎螞蟻在腦中算出了一個幾何重心。問題在於從已知的神經解剖來看,昆蟲大腦中處理視覺記憶的蕈狀體 (mushroom bodies, MBs) 所接收到的訊號,其實比較像視網膜的直接視覺輸入,大致保留空間位置,不像已經被高階模組轉換為重心坐標。
這就引出一個核心問題:
「 昆蟲真的需要一個專門算FPM的高階視覺模組? 還是說,這種高階特徵其實可以自然地從既有神經網路裡湧現?」
研究者建立了一個模擬昆蟲蕈狀體構造的模型,目的是測試:螞蟻在導航中看似使用的 FPM 這種高階特徵,是否其實不需要大腦額外計算,而能自然從雙側記憶架構中生成。
模型採用360°全景視野輸入,左右視野分別投射到大腦的左右半側,每側的 Kenyon cells (KCs) 隨機且稀疏地接收視覺訊號,由抑制神經元確保活化比例固定。
學習過程使用反 Hebbian (anti-Hebbian) 規則:看得越多的圖越不新奇,讓 MBONs (mushroom body output neurons) 的輸出成為一種新奇度 (novelty) 指標。
導航決策依兩個量:
一是視圖整體新奇度是否低,二是左右新奇度是否平衡。
研究發現,真正能挑出螞蟻行為所對應方向的,是同時滿足這兩點的視角。
更重要的是在簡化情況下可證明: