金魚には位置認識システムがあるのでしょうか？科学者らが人間の脳のGPSの秘密を解き明かす新しい実験方法を発見

ほとんどの場合、金魚はガラスの水槽の中で優雅に泳いでいます。彼らのぼんやりした頭の中では、水槽はどのように見えるのでしょうか?最近、研究者たちは、彼らが距離を推定できる高度な空間ナビゲーションシステムを持っていることを発見しました。

研究者らはこれまで、魚が水中で空間的に効率的に移動できることを示してきたが、その仕組みは不明のままだった。金魚の脳細胞がこれをどうやって行うかを理解すれば、人間の脳の内部GPSの解明につながるかもしれないと科学者らは言う。 「これらの細胞が進化の樹のどこに現れるのかを知りたかった」と、最新研究の筆頭著者であるオックスフォード大学のアデレード・シーボー博士は語った。

シーバー氏とその同僚は、学術誌「Proceedings of the Royal Society B」に、幅2センチの縦縞の黒と白の壁と、床の同様の縞模様でつながった水槽の作り方を記している。

研究チームは9匹の金魚を水槽に沿って泳ぐよう訓練し、金魚が70センチメートル泳いだところで手を振ると元の位置に戻るようにした。

次に研究チームは、魚がジェスチャーの助けを借りずに同じ距離を推定できるかどうかをテストした。

研究チームは金魚６匹について、水槽の壁の背景模様を、魚の移動方向に合わせて幅１センチの縦縞、２センチ四方の格子模様、幅２センチの横縞の３種類に切り替え、そのときの移動距離と比較した。

それぞれの背景パターンごとに、各魚が 45 回泳ぎ、ビデオに記録されました。

研究チームは、金魚が幅2センチの縦縞の背景を背にしたとき、平均74センチ移動し、平均17センチ上下に動いたことを発見した。背景をチェック柄に切り替えた場合も同様の結果が得られました。しかし、縞模様が垂直でも細い場合、魚は方向転換してかなり速く戻り、移動した距離を約36％も過大評価した。

横縞を使用した場合、魚が泳ぐ距離は大きく変化しました。 「魚はそれぞれ全く違うんです」とシーボー氏は言う。

研究チームは、この結果は金魚が周囲の視覚的な密度に基づいた「オプティカルフローメカニズム」を使用していることを示唆していると述べた。言い換えれば、金魚は垂直パターンが白と黒の間で切り替わる頻度を追跡して、移動した距離を推定しているという。縞模様の幅が狭くなると、金魚は時間が早く過ぎるように感じ、泳いだ距離を過大評価してしまいます。オプティカルフローは、3 次元空間内の物体の動きを 2 次元の画像平面に投影したものです。

シボ氏は、これは視覚的特徴の角運動に基づいており（注）、人間を含む哺乳類は異なるオプティカルフローメカニズムを使用していると述べた。しかし、この結果は、視覚に基づく距離情報の使用がさまざまな動物のグループに広まっていることから、人間の進化の初期に出現したことを示唆している。

研究チームは、金魚はスタート地点が水槽の端に近いほど距離をより正確に測定できること、また一部の魚ではヒレの羽根の数が泳いだ距離と相関関係にあることなど、他のメカニズムも働いている可能性があると指摘した。

この研究には関わっていないダラム大学のコリン・リーバー教授は、金魚が距離を推定するのに少なくとも部分的には視覚流量を使用していることがこの研究で示されたが、他の手がかりも使用されている可能性があると述べた。

「この研究は重要かつ斬新だ。なぜなら、魚が方向や距離に関する幾何学的情報に反応することはすでにわかっていたが、魚がどのように距離を推定するかはわからなかったからだ」と同氏は語った。

「魚類の空間マッピングを研究するのは興味深いことです。なぜなら、ナビゲーションは哺乳類よりも進化の樹の中で早くから発達しており、魚類のナビゲーションはほとんどの哺乳類よりも垂直方向でより完全に調整されているはずだからです。」

注: スポーツバイオメカニクスでは、回転、反転、ねじり、ピルエット、ターン、スイングなど、アスリートが行う動作に角度運動が反映されます。スポーツでは、これらの言葉はすべて角運動を指します。

Chengshi Interactive記者のJin Yingyingによる総合レポート