蝙蝠飞行时利用超声波来掌握空间位置，但研究发现，蝙蝠所识别的空间与真实空间存在差异。同志社大学研究生院生命医科学研究科的研究生手嶋优风和飞龙志津子教授及理工学部的土屋隆生教授等人与广岛大学共同发现，蝙蝠通过回声掌握的障碍物空间与真实空间不同，可以有效掌握对飞行至关重要的位置。相关内容已经发布在BMC Biology上。
图：蝙蝠实际飞行的空间与通过回声推测的空间比较。均为实验空间的俯视图。在真实空间里，为了让蝙蝠以S字形飞行，左右交替设置了亚克力板作为障碍物。根据回声推测的空间主要由亚克力板边缘附近的回声源构成。回声源的大小与回声的声压成正比。（供图：同志社大学）
众所周知，蝙蝠是通过聆听和分析自身发出的超声波（脉冲）的回声来掌握周围环境而飞行的。蝙蝠利用声音把握空间的能力非常发达，以至于它们可以在不撞到任何障碍物的情况下于黑暗中高速、连续地捕食微小的昆虫。另一方面，蝙蝠会撞到光滑的大面积墙壁等，研究人员估计这是它们通过回声掌握的空间与视觉识别的空间不同所造成的。
也就是说，蝙蝠可能根据来自回声的信息构建了与我们看到的真实空间不同的独特识别空间。然而，为了推测蝙蝠掌握的空间，需要获取周围到达蝙蝠左右耳朵的所有回声，但由于技术问题，此前很难测量回声。
研究团队为解决这个问题，将设置障碍物的真实空间的行为测量结果与声音模拟结果相结合，实现了回声的恢复。然后，通过计算蝙蝠发射的脉冲被反射的位置（回声源），把由所有回声源构成的空间（回声空间）可视化，研究了蝙蝠通过回声掌握的障碍物空间。
研究团队准备了一个有3张亚克力板作为障碍物的空间并让蝙蝠飞行，蝙蝠为避开亚克力板，沿S形路线飞行。将此时的回声空间可视化发现，空间主要由躲避障碍物的重要位置——板状障碍物的边缘部分构成。另外还发现，与蝙蝠首次在障碍物空间飞行时相比，充分了解空间后进行第12次飞行时，回声源更集中于边缘部分，这表明发射较少的脉冲即有效获得了对避障行为至关重要的障碍物边缘附近的信息。
此外，通过分析蝙蝠在障碍物空间飞行时的飞行转弯角速度、脉冲发射方向和回声到来方向的时间变化，已知脉冲发射方向先于转弯角速度发生变化，而此次首次发现，回声到来方向先于转弯角速度发生变化。也就是说，回声源的方向可能会影响蝙蝠对飞行方向的控制（转弯角速度）。
利用此次的方法可以恢复飞行中到达蝙蝠的回声。由此可以同时获得向蝙蝠输入的信息“回声”和蝙蝠的行为输出信息“飞行脉冲”，将蝙蝠作为一个系统时，有望根据输入输出信息之间的关系明确其行为规则。通过对以发射器（口或鼻）和接收器（双耳）这种极为简单的机制掌握空间情况的蝙蝠声纳机制进行建模，有望确立源自生物的新传感方法并应用于工程领域。
论文信息
杂志: BMC Biology
论文: Analysis of echolocation behavior of bats in “echo space” using acoustic simulation
DOI : 10.1186/s12915-022-01253-y
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
