鸡头为啥能,为什么鸟在行走时头会上下摆动

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为什么鸟在行走时头会上下摆动

2015-06-01 13:56:47by 王慧文如果平时我们观察过鸟的一些行为的话会发现,当鸟在走路时,它们的头会出现上下摆动这样的动作,这可能和它们的观察方式有着一定的关联,尽管它们的头会摆动,但是它们的视线却是相对固定的。这与我们追踪运动的物体有些相像,是为了能够便于更好地观察。

图片 1 鸟走路头上下摆动可能与它们的观察方式有关

如果平时我们观察过鸟的一些行为的话会发现,当鸟在走路时,它们的头会出现上下摆动这样的动作,这可能和它们的观察方式有着一定的关联,尽管它们的头会摆动,但是它们的视线却是相对固定的。这与我们追踪运动的物体有些相像,是为了能够便于更好地观察。

鸟儿的头在走动时会不停地上下摆动,有些人认为只是它们在保持自己的平衡——毕竟它们更擅长的是飞行。不过,这其实与保持身体平衡无关,而是源自它们观察这个世界的方式。通过头的上下摆动,鸽子可以把视线短暂地停留在物体上,它们眼睛中的感光细胞已经有足够的时间——大约20毫秒——建立起稳定的周围环境场景。这一切甚至都不用经过它们那体积很小的大脑。

几乎所有额动物,从昆虫到老鹰,都具有稳定视野的技能。许多哺乳动物包括人类,都是通过眼球的轻微颤动来做到这一点的。这是一种本能,是眼球之间的神经肌肉连接与大脑中追踪运动轨迹的部分之间互动的结果。鸽子也可以转动眼球,只是通过它们更长、更灵活的脖子可以让它们对运动物体的追踪变得更加高效。

图片 2 也有可能这只是它们行走的一个习惯

其实在20世纪70年代,就有研究者做过相应的实验,他们将鸽子放在一个跑步机上(置于有机玻璃箱中,使鸽子不至于飞走),观察到当鸽子移动时,如果周围环境保持静止,它的头就不会发生摆动。在鸽子头部上下摆动的时候,它们的眼睛其实是固定着的,这是因为它们在等待身体跟上来;然后它们把头向前伸出去,又把视线固定在新的物体上,身体再向前移动。在“跑步机实验”中,科学家还拍摄了鸽子在自然环境中的行走动作。通过一帧一帧的画面分析,科学家观察了鸽子的头、脚和身体的移动,得出结论称:鸽子头部的上下摆动其实是一种错觉。

除此之外其他许多鸟类在行走时也会不停地摆动头部,特别是鸡。一些实验(包括给鸡戴上眼罩,或者把鸡锁在暗屋子里)的结果表明,许多鸟类利用头部移动来追踪周围物体。他们还发现,这种上下摆动是生来就有的本能,在孵出之后的24小时内就会出现。

所以鸟在走路时之所以头会上下摆动,并不是因为它们需要保证自己的平痕不让自己摔倒,而是这样做能让它们更好地去观察周围的环境以及物体,当然也有可能这只是它们的一种本能反应,上下摆动并不是刻意去做的一种动作,而是相当自然的一个习惯而已。

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鸟儿的脖子为什么不能连续转动

2014-06-26 13:36:25by 舒克网上有很多人都会做一个实验叫做论“鸡头的稳定性”,不论怎么动鸡的整个身体,他们的头都是不动的。其实鸟类也是如此,但是你有没有想过为什么鸟的脖子不能够连续转动呢?

图片 3 亚历山大鹦鹉

网上有很多人都会做一个实验叫做论“鸡头的稳定性”,不论怎么动鸡的整个身体,他们的头都是不动的。其实鸟类也是如此,但是你有没有想过为什么鸟的脖子不能够连续转动呢?

其实不是不能够连续转动,鸟类的眼睛一般是长在脑的两侧,而且鸟类的眼球不象哺乳动物那样可以做大角度的活动,只能动很小甚至不能动,在中间就会形成一个盲区,需要经常转动头来解决。

鸟类侧边的视野要比哺乳动物大很多,只需转动很小的角度就可以解决正面盲区的问题,加上鸟类本能机警的反映,要时时观察周围的动静,就需要不停的转动头,每转一次需要一定时间来看清楚环境[当然时间很短],然后就需要下一次转头,所以看起来是一顿一顿的。

你可以观察一下猫头鹰,它的眼睛的位置很接近哺乳动物,使其的视野更加的开阔,就不需要频繁的转头,看上去就不是特别的顿了吧?

你可以做个实验,拿两份报纸,分别放在不同地方,在不转动眼球的前提下转头,看看你转一次需多长时间才能看清上面的字,你在转头的时候还能看清楚字吗?

还有一点,那就是:鸟类颈部的骨骼关节为半活动的关节,活动的范围小,所以不能像哺乳动物那样连续连贯的转动。

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在摄影领域,人们为了“防抖”可是没少下功夫:不仅摄影师们要练就“铁腕”,人们还开发出了各种专门的防抖设备。

图片 4机械防抖云台(斯坦尼康系统),不过这个用法有点奇怪……详情见:酷炫动图(十六):机械篇

然而,无论面对多么高端的人工防抖技术,人们总还是会回想起一种剑走偏锋的解决方案。它返璞归真、纯天然、低成本、操作简单、效果拔群……对,那就是——绑鸡头上。

图片 5身动,头不动。这其实是奔驰广告片中的一个经典镜头

图片 6就是不动!原视频来自:SmarterEveryDay

在那些传遍网络的动图中,稳如泰山的鸡头总会占有一席之地。甚至还真有网友对“鸡头摄像”的稳定性进行了评测。比起人手持和头戴摄像机,鸡头拍下的画面确实更稳定,不过无法控制鸡往哪边看成了这套设备的硬伤……

图片 7从左到右:装在人头上,装在鸡头上,手持。原视频来自:jeremiahjw

鸡头为什么能防抖?这种“种族天赋”有多厉害呢?

鸟头防抖有多厉害?

在鸟类当中,头部“防抖”是非常普通存在的现象。除了鸡头,鸟头“防抖”的例子还有很多,比如那些一边行走一边“点头”的鸽子。它们可不是为了走出最摇摆的节奏感,而是要让自己的头部在行进中大部分时间都保持稳定,然后再歘地一下换到下一个位置。(更多阅读:鸟类行走的点头问题)

图片 8鸽子行走时的头部运动。图片来自:参考文献1

鸟类对于空间变化的感知很敏感,只要头部发生了微小的位移,它们就能够通过视野中物体相对位置的变化感知出来,从而做出相应的调整。行走中的鸽子头部在“稳定期”的位移能控制在0.5毫米以内[1],而那些特别依赖空间判断的鸟类物种,比如蜂鸟、翠鸟以及茶隼,它们的“防抖性能”还会更高。

图片 9悬停在空中的蜂鸟就是头部稳定的绝佳案例。原视频来自:BBC Earth Unplugged

视觉防抖?其实你也行

一般认为,鸟类稳定的头部是为了保持稳定的视线,在动物界,这其实是非常普遍的现象。当动物个体处于某种视觉环境中时,它们往往都会本能地将自己的视野中心锁定在某个点,或某一个物体上。如果你试试左右转头,也会发现自己的视线多半不会跟随着头部徐徐移动,而是从稳定的点跳到下一个点。

保持视线稳定对动物的生存很有好处,因为消除视线晃动的干扰,就可以更容易地分辨出真正在移动的目标——这些目标可能是一顿午饭,一位不怀好意的竞争对手,或者一位来势汹汹的捕食者。我们其实也一样有调节视线稳定的机制,只不过人类的“视觉防抖”更多依靠灵活转动的眼球。因为飞行对视觉的依赖性,鸟类的眼球十分发达,以至于几乎挤占了眼眶内所有的空间,而与此同时,它们的眼球运动则会受到限制。所以当鸟类想要调整视线时,它们就要依靠灵活的脖子了。

图片 10靠脖子来尽可能维持视觉稳定,这招人类也用得上——看看那些转圈的舞蹈演员吧

此外,也有一些科学家认为,鸟类行走时头部“一顿一顿”的模式还可以产生运动视差,帮助提供物体深度和距离的信息。这个解释看起来很合理,不过它还未得到直接证实。

为了实现视野的稳定,视觉系统和平衡系统都会在其中参与调节。研究也发现,像蜂鸟这样格外擅长保持空中稳定的鸟类,它们也拥有比其他鸟类更大的相关脑区。

跟着鸟类学防抖

直接在鸡头上绑摄像机并不是什么好主意,不过从鸟类身上,研究者们确实能找到提升防抖性能的灵感。

2015年时,斯坦福大学的工程师们就用高速摄影机记录下了天鹅飞过湖面时头颈部的动作[2]。在扑动双翼时,天鹅们的身体上下摇摆,但在颈部的调整之下,头部却能保持相当平稳的状态。一些无人机侦察机也采用了扑翼的设计,把鸟类飞行中调整头部的过程记录下来,并建立模型来模拟它,这样的成果用在无人机上,拍摄到的画面也就能变得更加清晰了。

图片 11把“鸟头防抖”变成物理模型。图片来自参考文献2

不管怎么说,鸟头确实是视觉系统稳定性的一个让人印象深刻的例子。或许有一天,我们手中的相机也会像它们一样稳如泰山呢。(编辑:窗敲雨)

参考资料:

  1. Barrie J. Frostemai. Bird head stabilization. Current Biology, Volume 19, Issue 8, pR315–R316, 28 April 2009. DOI:
  2. Ashley E. Pete, Daniel Kress, Marina A. Dimitrov, et al. The role of passive avian head stabilization in flapping flight. Interface, September 2015 Volume: 12 Issue: 110. DOI: 10.1098/rsif.2015.0508
  3. Iwaniuk, A.N., and Wylie, D.R. (2007). Neural specialization for hovering in hummingbirds: Hypertrophy of the pretectal nucleus lentiformis mesencephali. J. Comp. Neurol. 500, 211.

文章题图:shutterstock 友情提供

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