偏側性在脊柱動物和無脊椎動物中普遍存在。偏側性一般是指生物體在行為和感知過程中偏愛使用單側肢體、感覺器官和大腦半球的現象,包括結構偏側性和功能偏側性。視覺偏側性指動物行為主要依賴于單側視野信息的現象。大部分脊椎動物的視覺通路以不完全交叉投射的方式為主,即左視野的視覺信息主要投射到右側大腦半球,反之亦然。既往研究發現,動物的右眼/左半球主導著正性視覺刺激(如食物)的加工;左眼/右半球主導著負性視覺刺激(如天敵)的加工。由于當前的視覺偏側性研究多集中在行為和腦損毀層面,通過觀察動物最終的行為選擇結果探討偏側性程度,所以尚不清楚在此過程中大腦活動的動態變化及其相應的神經機制。
中國科學院成都生物研究所動物行為與仿生項目組的申江艷、方光戰等人以仙琴蛙(Nidirana daunchina)為對象,結合行為實驗和電生理實驗,探究其捕食行為的視覺偏側性及其潛在神經機制。捕食行為實驗以活的蟋蟀作為食物刺激、樹葉作為對照,刺激以順時針或逆時針方向繞動物旋轉,記錄動物的捕食行為響應;電生理實驗亦以仙琴蛙為動物模型,在其端腦、間腦、中腦左右兩側埋入電極,參考電極位于小腦上方,在進行捕食行為實驗時同步采集腦電信號。研究人員預測:當刺激為樹葉時,捕食行為響應在左右視野間無顯著差異;當刺激為蟋蟀時,右視野對應的捕食行為響應顯著高于左視野對應的捕食行為響應;捕食行為發生時,左側大腦半球的腦電(delta、theta、alpha和beta頻段)功率譜高于右側半球。
結果顯示:(1)當刺激為樹葉時,捕食行為響應在左右視野間無顯著差異。(2)當蟋蟀以順時針方向旋轉時,右視野對應的捕食行為響應顯著多于左視野;而在逆時針條件下,捕食行為響應在左右視野間無顯著差異。(3)相對于視野內無刺激和刺激在左視野的條件下,刺激在右視野時,腦電各頻段的功率譜更大。(4)在順時針條件下,左間腦的theta、alpha和beta頻段的功率譜顯著大于右間腦相應頻段的功率譜;逆時針條件下,左間腦的delta、theta和alpha頻段的功率譜顯著大于右間腦相應頻段的功率譜。上述結果表明,仙琴蛙的捕食行為存在右眼優勢,而且腦電頻段的動態振蕩是其潛在的神經機制。
該研究獲得國家自然科學基金項目(No. 31970422; 31672305; 31372217)和四川省教育廳重點項目(No.18ZA0321)支持。相關結果發表在Journal of Experimental Biology上。