長期以來，人類一直想象著透過不同的眼睛看世界會是什麼樣子。例如，在希臘和羅馬神話中，巨人阿耳戈斯·帕諾普忒斯用他數十隻眼睛保持警惕。《詩人奧維德》報道說，它們的行為是獨立的成對的，每次有兩隻眼睛睡覺，而其餘的眼睛保持警惕。
一個較小的多眼謎團在今天吸引著科學家們：蠅虎科（Salticidae）的成員，或者跳蛛，它們的前面有一對大而圓的眼睛，頭部兩側各有三隻較小的眼睛。一項新的研究探索了這些蜘蛛是如何觀察的——更具體地說，它們關心觀察什麼。瞭解它們的眼睛如何協同工作可能為未來的技術提供資訊，並讓我們一窺截然不同的生物的感知。
辛辛那提大學生物學家內森·莫爾豪斯說：“結果表明，認知過程正在將世界篩選成有趣的類別——哪些值得轉向和進一步研究，哪些不是——哪些可以被忽視或忽略或留在眼角。”他研究跳蛛的視覺，但沒有參與這項研究。“這些確實是關於外星思想的問題。”
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“無脊椎動物世界的貓”
當西梅納·納爾遜在紐西蘭坎特伯雷大學教授關於這些蜘蛛的課程時，她喜歡和她的學生做一個實驗。她警告他們，她即將把一隻跳蛛面部的生動特寫投射到房間前面的大螢幕上，然後看著即使是自稱是蜘蛛恐懼症患者的人也高興地發出讚歎聲，彷彿他們看到了海豹幼崽。
動物行為研究員納爾遜說，這些蜘蛛“對我們來說如此親切，因為它們有大眼睛，而且它們看著你”。她回顧了這項新研究，但沒有參與這項工作。
研究人員將一隻跳蛛的頭部固定住，並讓它在球形跑步機上走動，以便跟蹤它的運動。圖片來源：費德里科·費蘭特
然而，除了它們惹人喜愛的方面之外，正是這些蜘蛛不尋常的行為使它們成為有價值的研究物件——尤其是在研究感知時。與許多蜘蛛不同，跳蛛不結網或待在一個地方。它們掃描周圍環境尋找獵物，跟蹤獵物，然後猛撲過去抓住獵物。康奈爾大學榮譽退休教授羅恩·霍伊研究跳蛛的神經學，但沒有參與這項研究。他說，它們的行為更像掠食性貓科動物。事實上，他說，已故的著名神經學家邁克爾·蘭德喜歡稱跳蛛為“無脊椎動物世界的貓”。
蜘蛛接近 360 度的視力有助於它們發現獵物和捕獵。但是，雖然它們的兩隻大的前眼（稱為前中眼）具有高畫質晰度，但這些眼睛的視野很小。蜘蛛眼睛的晶狀體不能像人類的晶狀體那樣轉動，因此當蜘蛛想要轉移視線時，它們只需重新調整整個身體的方向，這花費的時間與我們瞥視側方的時間相同。它們轉動身體面向它們首先用兩對不太敏銳的側向眼睛（稱為前側眼和後側眼）發現的感興趣的物體（包括潛在的獵物、威脅或配偶）。
這種行為導致許多科學家認為這些側眼僅僅是運動探測器。但現在德國雷根斯堡大學的研究員馬西莫·德·阿格羅懷疑它們做得更多：蜘蛛似乎使用它們的側眼來挑選它們轉向的目標。德·阿格羅是這項新研究的第一作者，該研究於週四發表在《公共科學圖書館·生物學》上，並且基於他在哈佛大學擔任研究員期間進行的實驗。
微型跑步機和燈光秀
研究跳蛛的影像處理不像在較大的動物身上植入電極那樣直接。莫爾豪斯說，不僅蜘蛛的大腦只有罌粟籽那麼大，而且這些動物還利用靜水壓力來伸展它們的腿——這使得它們的整個身體有點像一個“行走的注水氣球”，任何侵入性手術都可能導致其爆裂。
為了跟蹤跳蛛的視線，德·阿格羅和他的合作者使用了一種流行的技術來研究大黃蜂和其他小型無脊椎動物。他們將一個微小的、有圖案的球漂浮在向上吹的空氣墊上。蜘蛛被放置在球的頂部，並從上方固定住。當它們試圖透過移動腿來轉動身體時，它們會保持在原位，但球會旋轉，有點像跑步機。一臺攝像機記錄了球的運動，從而記錄了蜘蛛的預期運動。
然後，研究人員同時在每隻蜘蛛的周邊視覺中顯示兩個影像，並記錄下它試圖轉向哪個影像，以便衡量它對哪個影像更感興趣。測試的影像之一是一系列移動的點，代表了從側檢視看到的蜘蛛行走的“生物運動”——研究人員很高興地發現蜘蛛可以將其與隨機移動的點區分開來。
霍伊將這種抽象比作演員在為電影和電視節目製作特效時穿的“綠幕”套裝和白色圓點：即使在電影魔法將圓點變成超級英雄或殭屍之前，人類大腦也會將以某種方式移動的一系列圓點識別為人類運動。“當然，對於人類來說，他們可以透過抽象的點來捕捉運動，這是眾所周知的，”他說。“但他們表明這對於跳蛛來說也是如此，這非常了不起。”
德·阿格羅是一名接受過培訓的心理學家，他說這種現象最初是在 20 世紀 70 年代在人類身上描述的——但沒有人想到無脊椎動物可能能夠處理相同的抽象概念。除了向他的蜘蛛展示生物運動外，他還建立了一個點顯示，其中包含相同運動的加擾版本（其他動物已被證明將其解釋為生物運動，儘管經過加擾）以及另一個包含隨機運動的版本。所有這些都顯示給蜘蛛的前側眼。
蜘蛛對生物運動和加擾運動都沒有表現出偏好——但它們強烈偏好隨機運動而不是兩者中的任何一種。德·阿格羅說，這個結果最初讓他感到沮喪，因為隨機點原本是作為蜘蛛不會在意研究的對照。
他說：“當我看到第一個條件的結果時，我非常難過。”“我在想，‘這裡發生了什麼？很明顯，什麼都沒有發生。’”但隨後蜘蛛的偏好在其他條件下保持一致。
德·阿格羅的結論是，蜘蛛可能會轉向移動的影像，當它們想要獲得更多關於它的資訊時——這意味著前側眼不僅可以檢測運動，還可以為跳蛛提供足夠的資料，以將運動分類為生物（蜘蛛點和加擾蜘蛛點）和未知（隨機點）類別。
納爾遜說，這項研究的設計巧妙，結果令人驚訝。她還想知道，雄性和雌性蜘蛛是否可能對這些刺激表現出不同的反應，因為雌性蜘蛛更專注於尋找食物，而雄性蜘蛛則一心一意地尋找配偶。
德·阿格羅補充說，他希望這項研究將有助於蜘蛛恐懼症患者以新的眼光看待這些蜘蛛，特別是考慮到這些無脊椎動物能夠進行曾經被認為只有人類和其他哺乳動物才能進行的視覺處理。
瞭解動物的眼睛如何以不同於我們的方式運作，也可能拓寬程式設計師和機器人設計師的視野。研究人員已經創造了深度感測器——可用於影片遊戲、汽車和手機——其靈感來自跳蛛眼睛的工作方式。霍伊說，這些設計的未來迭代可能會使機器人的視覺感測器在不熟悉的地形上受益，無論是在雨林中飛行還是探索外星球表面。
霍伊說：“弄清楚這種計算是如何在已經將任務外包給不同眼睛的動物中進行的，這將是思考如何設計必須在不可預測的、視覺混亂的世界中導航的機器人的絕佳方式。”