标题：Integration of social and depth information during affiliative behavior in zebrafish

期刊：Current Biology 

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.06.032

研究亮点

研究人员构建出具有自然且可控行为的虚拟成年斑马鱼

虚拟斑马鱼能在斑马鱼中引发结构化且持续的亲和反应

运动视差使斑马鱼对静止的社交行为产生亲和反应

斑马鱼能够预测并抑制同种个体自身引发的视觉运动

摘要

社会性动物需要持续处理来自社交伙伴和物理环境的信息。值得注意的是，同种个体间的距离在领地防御、求偶等社交决策中发挥着重要作用。然而，社交信息与深度信息如何整合以调控对同种个体的反应，目前在很大程度上仍不明确。本研究开发了一套虚拟现实（VR）系统，可对动物行为和深度感知进行系统性操控。我们构建的虚拟斑马鱼表现出自然行为，这些行为能在真实斑马鱼中发强烈且持续的亲社会反应，其效果优于其他物种鱼类所引发的反应。虚拟动物的生物位移被证实足以触发亲社会反应。令人意外的是，转向、摆尾等静止行为仅在存在深度感知的情况下才会触发亲社会反应。此外，同种个体在时间或方向上出现的意外视觉运动均能触发亲社会反应，这表明斑马鱼可基于深度感知对同种个体的视觉运动进行预测性处理。综上，本研究结果揭示了深度感知可在不同情境下协同或抑制社交信息。这些结果也表明，在设计用于研究自然行为的视觉刺激时，纳入深度信息具有必要性。

图文摘要

引言

社会性动物需要处理关于同类和环境的信息，以维持物理空间中社会结构的完整性与凝聚力。例如，个体间的距离可反映文化规范，并在领地防御、求偶等决策过程中发挥关键作用。然而，由于在系统操控社交线索与深度线索方面存在技术难题，鲜有研究探讨社交信息与深度信息是如何被整合的。

深度感知可源于基于双眼视网膜差异的双眼线索，也可源于多种单眼线索，包括运动视差、视觉遮挡、相对大小、纹理梯度和线性透视。运动视差基于物体在移动观察者视野中移动的相对速度产生深度感，近处物体的移动速度看起来比远处物体更快（图S1A和S1B）。当观察者改变位置时，可体验到运动视差；但眼球或头部转动时则无法产生该效果（图S1C）。

已发现从昆虫到哺乳动物的多种动物都会利用运动视差来感知深度，包括在凸起表面上着陆的蜜蜂（西方蜜蜂）、在静止物体之间移动的螳螂（螳螂），以及在真实和虚拟现实环境中避开视觉悬崖的啮齿动物。研究还发现，仓鸮（草鸮）能够感知到相互的无论是通过双眼视差还是运动视差获取的深度差异信息，都能保持一致性。迄今为止，尚未有关于硬骨鱼类利用运动视差进行深度感知的报道。不过，金鱼（Carassius auratus）和射水鱼（Toxotes jaculatrix）能够区分在深度上有间隔但张角相同的圆盘，这表明它们在判断物体大小时会将距离纳入考量。值得注意的是，斑马鱼仅依靠单眼接收视觉输入，仍能在捕食过程中发起攻击，只是表现相对较弱。

社会刺激的视觉特征由物种特异性的身体动作构成。这类生物动作包含独特的位置变化模式，例如昆虫、鱼类和哺乳动物所表现出的间歇性位移。此外，动物在同一地点表现出的行为（静止行为），如面部表情、肢体动作和身体姿态，在同种个体识别过程中发挥着关键作用。

斑马鱼是研究视觉介导的社交行为的理想脊椎动物模型。斑马鱼表现出的群游行为有助于其躲避捕食者、觅食和应对压力。从3周龄起，它们就会接近同种个体，并以视觉依赖的方式协调身体运动。研究发现，被透明隔板隔开的成年斑马鱼（2个月以上）会更被数量更多的同种鱼群吸引，更偏爱发育阶段接触过的色素类型，还会表现出相互定向行为。

为了操控社交刺激的视觉特征，多项研究借助虚拟斑马鱼来诱导社交偏好，例如采用成年斑马鱼的静态或动态图像、成年斑马鱼三维模型的运动、 或是代表幼鱼生物运动轨迹的黑点。 这些前期研究充分揭示了体型、颜色、形状、运动方式以及互动行为如何构成社交刺激。然而，这些研究中缺乏姿态更新（即动态体型），导致模拟的斑马鱼表现出非自然的行为。此外，真实动物是否会将虚拟动物识别为同类，还是仅将其视为非社交类新异物体，仍有待验证。这种验证对于成年阶段的动物而言可能尤为关键——此时它们的神经回路已发育得足够完善，能够处理性别、攻击状态等复杂视觉特征。

在此，我们借助电脑游戏引擎来操控运动视差以及虚拟斑马鱼的行为。我们虚拟动物的各项行为特征，包括方向变化、游动距离、占空比以及动态尾部弯曲，均与自然行为相符。虚拟斑马鱼能够引发与真实同类相似的、有规律且持续的亲和反应。通过对运动视差和虚拟斑马鱼行为的系统性操控，我们确定了深度感知能够增强或抑制亲和反应的两种情况：（1）深度感知使静止行为能够触发亲和反应；以及（2）深度感知会抑制同类自身产生的视觉运动。

结果

在虚拟现实中为斑马鱼实现运动视差

我们构建了一个虚拟水箱，其中包含五个朝向虚拟现实中虚拟相机的白色圆柱体（图1A）。虚拟相机拍摄的场景显示在液晶显示器上。为实现运动视差，我们实时追踪自由游动的斑马鱼（实验对象）的头部位置，并利用该信息更新虚拟相机的位置与视锥。因此，当实验对象游向左侧时，液晶显示器会显示圆柱体的左侧，反之亦然（图1B）。在无运动视差的情况下，无论实验对象处于何种位置，液晶显示器上显示的场景都将保持静止（图S1B）。为探究深度感知如何影响社交决策，我们在圆柱体与虚拟相机之间设置了虚拟斑马鱼。随着虚拟相机的移动，虚拟斑马鱼的移动速度会快于圆柱体，从而产生虚拟斑马鱼处于近处的感知效果（图1C，另见视频S1）。

图1. 虚拟现实系统中运动视差的实现。通过防反射玻璃显示在液晶显示器上。右图：虚拟现实的俯视图，包含一个虚拟鱼缸和三条虚拟斑马鱼。虚拟鱼缸由两条米色的长壁、位于虚拟摄像头对面的短壁以及五个白色圆柱体组成。虚拟摄像头捕捉虚拟现实中的场景并将其显示在液晶显示器上。（B）展示当实现运动视差时，从真实鱼缸中不同侧向位置观察虚拟鱼缸的照片。（C）展示从包含实验对象的真实鱼缸中观察到的虚拟鱼缸和三条虚拟斑马鱼（黑色箭头）的照片，实验对象用红色箭头标注。另见图S1。（A）左图：示意图，显示实验对象在真实鱼缸中自由游动，观察到显示的虚拟现实内容

呈现自然且可控行为的虚拟成年斑马鱼

成年斑马鱼的自主游泳行为可通过一系列离散的游泳事件来描述（图S2A）。每个事件包含一个转向阶段，在此阶段尾部达到最大弯曲度并完成最终姿态调整，随后进入滑行阶段，尾部的反向划动推动鱼体向前游动（图2A）。我们对姿态变化（ΔΦ，(median =0.41^{circ})、(25^{th }-75^{th })、(percentile =-16.8-17.6^{circ}))）、转向阶段的持续时间（(t_{2}-t_{1})、(median =0.07 ~s)6、(25th-75th)，百分位数为0.06–0.11秒）以及滑行阶段的持续时间（(t_{3}-t_{2})、(median =0.60 ~s)）进行了表征，(25 ^{th }-75^{th })百分位数=0.45-0.87秒），滑行过程中行进的距离（d，(median =2.64 ~cm)，(25th-75th)百分位数=1.78-3.85厘米；图S2B）尾部弯曲动力学由沿尾部的多个轨迹点描述（图2B&S2C）。我们发现最大尾部曲率((theta_{max }))与(Delta Phi)高度相关（图2C&S2D；从三条鱼收集的17,419个游泳项目），使我们能够将一组(Delta Phi)映射到(theta_{max })指定的尾部弯曲动画库。

为了控制虚拟斑马鱼的行为，我们创建了一个包含38种尾部弯曲动画的库，这些动画对应于38个值的(Delta Phi)，范围从−180到180，增量为10，以及两种类型的(Delta Phi=0)，具体取决于尾部弯曲的初始方向。易位、方向变化和尾部弯曲的协调更新生成了完全渲染的游泳行为（图2D），运动学与真实鱼类一致。还实施了学校教育和回避墙壁行为（参见STAR方法）。我们的虚拟斑马鱼不与测试对象交互（开环），但VR的观看视角取决于测试对象在现实中的位置（闭环，图2E）。

图2.显示自然和可控行为的虚拟斑马鱼的生成

虚拟斑马鱼引发强烈、持久且物种特异性的反应

为验证我们将虚拟斑马鱼作为社交刺激物的使用方式，我们从行为结构、反应持续时间、对其他鱼类的偏好以及距离和鱼群规模对反应的调节作用等方面，量化了真实实验对象对虚拟鱼的响应情况。我们将实验对象对虚拟斑马鱼的响应与对放置在相邻鱼缸中仅提供视觉线索但无嗅觉或机械线索的真实鱼的响应进行了比较。研究发现，三条虚拟斑马鱼能够在实验对象身上引发强烈的亲和性响应。实验对象会靠近液晶显示器（n=102，双尾t检验），并使身体朝向与液晶显示器呈45度至90度之间（双尾t检验；图3A和图S3）。在对单独鱼缸中呈现的真实斑马鱼做出响应时，实验对象也表现出了这两种行为（靠近：；朝向：，双尾t检验），这些结果与以往的研究报告一致[22,25]。我们的实验对象在对虚拟鱼和真实鱼做出响应时，还会表现出绕圈行为，即短暂离开刺激物后再返回（图3A，箭头处）。

接下来，我们量化了实验鱼对虚拟斑马鱼趋近行为的持续时间。实验鱼对真实和虚拟斑马鱼的早期反应（刺激开始后0-5分钟）同样强烈（视频S2：条件1和2）。相比之下，虚拟斑马鱼呈现出非自然的运动，具体来说是连续且单向的漂移，这种运动引发了微弱的反应。非社会性移动物体，例如经过匹配的灰色立方体体积和平均亮度未引发亲和反应（图3B，早期反应=平均值±标准误；真实斑马鱼：0.51±0.046，(n=74) (p=10^{-17})；完全渲染的虚拟斑马鱼：0.49 ± 0.027，(n=102) (p=10^{-33})；动态虚拟斑马鱼：0.11 ± 0.038，(n=24)、(p=0.0068)；立方体：0.037 ± 0.041，样本量n=64，(p=0.37)（双尾t检验）。重要的是，完全渲染的虚拟斑马鱼所引发的趋近行为在15分钟以上仍保持强烈，这与真实斑马鱼所引发的持续社交亲和反应相似（后期反应为刺激出现后10–15分钟的平均值±均值标准误；真实斑马鱼：0.45 ± 0.046，(n=74)、(p=10^{-14})；完全渲染的虚拟斑马鱼：0.37 ± 0.029，(n=102)、(p=10^{-24})；动态虚拟斑马鱼：(0.054 pm 0.051)、(n=24)、(p=0.30)；立方体：0.033 ± 0.044，(n=64)、(p=0.44)（双尾t检验））。总体而言，完全渲染的虚拟斑马鱼引发了与真实同类相似的、结构化且持续的社交亲和反应，这表明虚拟斑马鱼并非仅被视为一种新异刺激。

为了直接测试我们的虚拟斑马鱼相较于真实斑马鱼的吸引力，我们开展了三室实验：在实验鱼缸的两侧同时呈现三条虚拟斑马鱼和三条真实斑马鱼。结果发现，虚拟斑马鱼的吸引力略低于真实斑马鱼（图3C，右图；(p=0.09)、(n=16)，双尾t检验），这可能是由于缺乏双向互动所致。随后，我们向实验对象同时呈现三条虚拟斑马鱼和三条孔雀鱼（Poecilia reticulata）。有趣的是，实验对象在放置虚拟斑马鱼一侧的鱼缸停留时间更长，在15分钟的观测期内，其在实验鱼缸中的平均位置显著偏向虚拟斑马鱼而非真实孔雀鱼（图3C，左图；(rho=10^{-6})、(n=16)，双尾t检验）。该结果表明，实验对象并非仅被任何类鱼形物体吸引：其对虚拟斑马鱼表现出的亲和反应具有特征特异性，且本质上可能属于社交行为。

图3 虚拟斑马鱼与真实斑马鱼引发的行为反应对比。（A）行为反应：顶部为对带有白色圆柱体的空虚拟水族箱的反应；中部为三条虚拟斑马鱼在虚拟水族箱中游动的反应；底部为真实斑马鱼在相邻水族箱中游动的反应。测试对象水族箱的对侧呈现不同刺激：前两种条件下为带有白色圆柱体的空虚拟水族箱，第三种条件下为白色塑料板。左图：二维运动轨迹示例。中图：对虚拟斑马鱼((n=102))和真实斑马鱼((n=82))的身体朝向直方图。右图：测试对象沿水族箱长轴的位置随时间变化，显示出绕圈行为（箭头所示）。刺激位于(position =0)处。（B）上图：随时间变化的亲社会反应，分别针对相邻水族箱中真实斑马鱼、表现出完整渲染行为的虚拟斑马鱼、表现出连续单向漂移的虚拟斑马鱼以及非社交移动物体（立方体）。中图：早期反应（0-5分钟）。下图：晚期反应（15-20分钟）。（C）左图：三室测试，测试对象水族箱两侧同时呈现三条虚拟斑马鱼和三条体型匹配的真实孔雀鱼。直方图显示15分钟记录期内测试对象在两种刺激间的位置分布。柱状图显示单个测试对象的平均位置。右图：相同实验，但真实孔雀鱼替换为真实斑马鱼。（D）随距离变化的亲社会反应，分别由相邻水族箱中三条真实斑马鱼（左图）或表现出完整渲染行为的三条虚拟斑马鱼（右图）触发。（E）虚拟斑马鱼的数量在早期阶段（前2分钟，黑色）和晚期阶段(15th)分钟，灰色）均调节亲社会反应水平。柱状代表平均值；误差棒或阴影代表所有测试对象的均值标准误。(- (0<0.05))、(* *(p<0.01))。(cdots(rho<0.001)) 另参见图S3。

亲社会反应受同种个体的距离和群体规模调控

我们发现，随着虚拟斑马鱼的位置逐渐远离，实验对象的趋近行为触发效果会逐渐减弱。当虚拟斑马鱼在距离虚拟摄像头相当于3.7、6.7或9.8厘米的位置游动时，能够触发显著的反应（分别对应 (p=10^{-9})、0.011、0.02；(n=28,16,16)；双尾t检验）。然而，当虚拟斑马鱼位于12.9厘米处时，便不再能引发显著反应（图3D右侧，(p=0.56)、(n=8) 双尾t检验；视频S2：条件3-5）。我们通过一块透明薄塑料将真实斑马鱼限制在距离实验对象鱼缸较近（0-6.6厘米）、中等距离（6.6-13.2厘米）或较远（13.2-20厘米）的位置，观察到其反应随距离变化的趋势与虚拟斑马鱼的结果相似（图3D左侧；较近：(p=0.0040)、(n=8)；中等距离：0.63、(n=8)；较远：0.83、(n=8)；双尾t检验）。这些结果表明，当真实或虚拟同类与实验对象的距离超过10厘米时，便不再能触发亲和行为。此外，与此前一项研究发现斑马鱼更易被更大群体的同类吸引的结论一致²²，我们发现当虚拟斑马鱼的数量从三条减少到一条时，实验对象的趋近行为显著降低（图3E；早期反应：(rho=)、0.018；晚期反应：(p=0.023)；(n=102)、8、40；方差分析），尽管单条虚拟斑马鱼仍能触发显著的亲和行为响应（早期响应：(p=10^{-8})、(n=40)；晚期响应：(p=)、(10^{-4})、(n=40)；双尾t检验）。

运动视差增强由生物运动触发的亲和反应

为研究行为成分在触发亲和反应中的作用，我们将虚拟斑马鱼的完整行为分解为位移（刚体的位置变化）、方向变化和尾部弯曲（图4A）。所有这些行为成分的表达在幅度、速度和占空比方面均与真实行为一致。

在没有运动视差的情况下，表现出完整行为表现或间歇性位移的虚拟斑马鱼会在我们的实验对象中引发强烈的社交趋近反应（图4B，完整行为表现：平均值±(SEM=0.43 pm 0.069) (n=24) 间歇性位移：平均值±(SEM=0.34 pm 0.061)，(n=16) 视频S2：条件1和6）。相比之下，表现出连续单向游动的虚拟斑马鱼仅引发微弱反应（平均值±(SEM=0.11 pm 0.038)，(n=24) 视频S2：条件2），这表明间歇性位移是社交刺激的关键特征。尽管未达到统计学显著性，但运动视差始终能增强表现出完整行为表现的虚拟斑马鱼所引发的社交趋近反应((p=0.13))：有运动视差：(n=48) 无运动视差：6665d6e5-db10-4fc7-8c8f-929f897e72a；双尾t检验）、间歇性位移((p=0.52) 有运动视差：(n=16) 无运动视差：(n=16) 或连续游动((p=0.28) 有运动视差：(n=16) 无运动视差：(n=24)（图4B左；视频S2：条件7-9）。在同时接受有运动视差和无运动视差条件的实验对象中，配对比较显示运动视差显著增强了虚拟斑马鱼引发的社交趋近反应（(p=0.026)，(n=40) 双尾t检验；仅纳入同时在有和无运动视差条件下进行测试的对象；图4B右）。这些结果表明，深度感知能适度增强参与生物性位移的同种个体所引发的社交趋近反应。

运动视差使静止行为能触发亲和反应

朝向改变和尾部弯曲被视为静止行为，因为它们不涉及身体位置的移动。与移动行为不同，在没有运动视差的情况下，无论是朝向改变还是尾部弯曲都未引发亲和反应（朝向改变：(p=0.59)、(n=24)；尾部弯曲：(p=0.39)、(n=24)，双尾t检验；图4C左；视频S2：条件10和11）。有趣的是，当我们引入运动视差时，这两种静止行为均在实验对象身上引发了强烈的亲和反应（朝向改变：(p=)、0.0041、(n=24)；尾部弯曲：(p=10^{-4})、(n=16)，双尾t检验；视频S2：条件12和13）。汇总两种条件数据的成对比较证实，运动视差显著增强了虚拟斑马鱼表现出静止行为时所引发的反应（(p=10^{-5})、(n=40)，双尾t检验；仅纳入同时在有和无运动视差条件下进行测试的实验对象；图4C右）。

我们的数据表明，将静态行为与深度感知相结合时会产生协同效应。为了排除其他解释，我们开展了一系列对照实验。首先，我们将虚拟斑马鱼替换为非鱼类物体，即体积和亮度相匹配的灰色立方体。我们发现，无论这些非鱼类物体处于移动还是旋转状态，运动视差都不会增强对它们的亲近反应（图S4A）。这表明，深度感知要增强相关反应，必须以社交类物体为前提。其次，为了探究开阔空间的深度感知是否能引发趋避行为，我们展示了不含虚拟斑马鱼的虚拟鱼缸。结果发现，无论是否存在运动视差，仅虚拟鱼缸本身都无法引发趋避行为（图4D左图；运动视差组：(p=0.87)、(n=32)；无运动视差组：(p=0.96)、(n=24)，双尾t检验；视频S2：条件14与15）。与这一观察结果一致，在测试鱼缸旁放置真实鱼缸也未引发测试对象的趋避行为（图4D右图；(p=0.79)、(n=8)，双尾t检验）。这些结果表明，深度感知本身并不会引发亲近反应。

最后，由于虚拟现实中的视角变化，运动视差会导致虚拟斑马鱼在液晶显示器上改变位置。这使得亲和反应存在可能性由运动视差下的静止行为所触发的反应，可能源于虚拟斑马鱼在屏幕上的被动移动。然而，无论是在存在运动视差的情况下还是不存在运动视差的情况下，那些未改变朝向或未发生尾部弯曲的静态虚拟斑马鱼，都未在我们的实验对象身上引发亲和反应（图4E；存在运动视差时，对应标识为(p=0.47)、(n=16)；不存在运动视差时，对应标识为(p=0.32)、(n=24)，双尾t检验；视频S2：条件16与17）。该结果证明了静止行为对于与深度感知产生协同效应的必要性。综上，这些研究结果表明，深度感知和静止行为单独存在时，均无法触发亲和反应。然而，当二者结合时，这些线索会产生协同作用，从而触发强烈的亲和反应。

图4. 存在运动视差时，静止行为会引发亲和反应。(A) 虚拟斑马鱼完成位移、方向改变和尾部弯曲的示例。(B) 对表现出位移行为的虚拟斑马鱼的反应，包括完整呈现的行为（完整组）、间歇性位移（间歇组）以及在无运动视差（红色）或有运动视差（黑色）情况下的连续单向漂移（漂移组）。该反应基于刺激呈现前5分钟的平均位置进行量化。右侧：对同时在有和无运动视差条件下测试的受试者进行的成对比较。(C) 对表现出静止行为的虚拟斑马鱼的反应。(D) 对空的虚拟鱼缸（左侧）或真实鱼缸（右侧）无反应。(E) 左侧：虚拟现实（VR）的快照，展示了有运动视差时静态虚拟斑马鱼在液晶（LCD）显示器上的位置如何变化。右侧：在有或无运动视差情况下，对静态虚拟斑马鱼均无反应。柱状图代表所有测试受试者的平均值，误差棒代表均值标准误（SEM）。(* (p<0.05))，* ((p<0.01)) (cdots(p<0.001)) 另见图S4。

同种个体的自主视觉运动不会引发亲和反应

虚拟现实中因视角变化而在液晶显示器上被动移动的虚拟斑马鱼未引发亲和反应（图4E，含运动视差）。这一结果与我们对虚拟斑马鱼的观察形成鲜明对比在液晶显示器上主动移位（图4B，“间歇性，无运动视差”）。在此，我们将主动移位（ATL，图5A）定义为游动的虚拟斑马鱼在液晶显示器上的位置偏移，将被动移位（PTL，图5C）定义为虚拟斑马鱼因虚拟现实中视角变化而产生的位置偏移。需要指出的是，主动移位与测试对象在真实鱼缸中的位置无关（图5B），而被动移位则完全取决于测试对象的位置。我们发现被动移位和主动移位的速度相近（图S5），这表明对被动移位缺乏反应不能用视觉运动速度降低来解释。

为探究在视动追踪过程中增强的身体体积感知是否会引发亲和反应，我们将三条静态虚拟斑马鱼调整为指向不同方向（分别为-45°、0°和45°，其中0°指向虚拟相机）。这种布置使测试对象在运动视差过程中能够看到虚拟斑马鱼的两侧。然而，具有增强体积感知的静态虚拟鱼并未引发亲和反应（图5C，运动视差组：(p=) 0.14，无运动视差组：(n=16)，双尾t检验；视频S2：条件18和19）。与该观察结果一致，一条被深度镇静并悬浮在相邻水族箱水中的真实斑马鱼也未引发亲和反应（图5D，(p=0.90) (n=8)，双尾t检验）。这些结果证实，因自身运动而在视野中出现的同种静态漂移个体无法诱发亲和反应。尽管视动追踪和视动追踪的速度与间歇性运动相似，但同种个体产生的相似视觉运动为何会引发截然不同的反应。

深度感知抑制由同种个体自主产生的视觉运动引发的亲和反应

PTL 仅在测试对象改变位置时发生（图5E），且 PTL 的速度取决于物体与测试对象的距离——距离越短，物体的表观移动速度越快。我们对 PTL 无反应的观察结果提出了一种可能性，即斑马鱼会基于深度感知的预测来抑制同类运动的视觉输入。若该假设成立，测试对象会对呈现出意外 PTL 模式的静态虚拟斑马鱼产生反应。在这组实验中，我们将虚拟斑马鱼置于均匀背景中（图5F），从而排除了虚拟鱼缸的干扰效应。与我们在虚拟鱼缸存在时的研究结果一致，在均匀背景中执行 ATL 的虚拟斑马鱼触发了亲和反应（图S5B；运动视差：(p=0.0014)、(n=16)，双尾t检验），而处于 PTL 状态下的静态虚拟斑马鱼则未触发亲和反应（图5G与5H，运动视差：(p=0.70)、(n=16)；无运动视差：(p=)、0.14、(n=48)；双尾t检验；视频S2：条件20与21）。

我们通过播放由另一个测试对象驱动的虚拟追踪轨迹（PTL），产生了意外的虚拟追踪轨迹。在播放条件下，测试对象无法预测虚拟斑马鱼运动的时机和幅度。有趣的是，该播放刺激触发了强烈的反应（图5H，播放：(p=10^{-4})、(n=16)，双尾t检验），表明意外的生物位移触发了亲和反应。也可通过在测试对象的运动与虚拟现实（VR）更新之间设置时间延迟来引入意外的虚拟追踪轨迹。我们将虚拟现实更新的延迟从100毫秒逐渐增加至3秒，发现超过388毫秒的延迟会触发强烈的亲和反应（图5I）。该结果表明，斑马鱼会对同类自身产生的视觉运动形成预测，且该预测会在数百毫秒内抑制同类的视觉运动。

对 PTL 缺乏反应也可能由时间门控机制解释，即测试对象移动时所有视觉输入都会被阻断（图5J）。若该情况成立，那么时机正确但幅度意外的 PTL 不应引发亲和反应。因此，我们反转了 PTL 的方向，使静态虚拟斑马鱼的移动方向与正常运动视差相反（图5G，负视差）。有趣的是，在负视差条件下移动的静态虚拟斑马鱼引发了强烈反应（图5H，负视差：(p=10^{-5})、(n=16)，双尾t检验）。综上，这些结果表明斑马鱼会通过预测来抑制同种个体由自身引发的视觉运动。该预测具有方向敏感性，而非依赖时间门控机制，这支持了深度感知对于形成此类预测至关重要的观点。

图5. 意外的位移会引发亲和反应。（A）我们的虚拟现实系统截图，展示了虚拟斑马鱼在无运动视差情况下执行侧向趋触行为的画面。（B）侧向趋触行为期间，液晶显示器上虚拟斑马鱼的侧向位置轨迹示例，以及水族箱中真实斑马鱼（实验对象）的侧向位置轨迹。（C）左图：虚拟现实系统截图，呈现运动视差存在时静态虚拟斑马鱼在液晶显示器上的位置变化情况；右图：无论是否存在运动视差，斑马鱼对静态虚拟斑马鱼均无反应。（D）一只被半透明丝线悬挂在水中的麻醉斑马鱼，未引发斑马鱼的社交趋近反应。（E）与（B）内容相同，但为侧向趋触行为期间的轨迹。（F）虚拟现实系统截图，展示了均匀背景下处于侧向趋触行为中的虚拟斑马鱼。

讨论

本研究探究了社会信息与深度信息如何整合以触发斑马鱼的亲和反应。为此，我们构建虚拟成年斑马鱼作为可控的社交刺激，并在虚拟现实（VR）中加入运动视差作为深度线索。研究发现，虚拟斑马鱼的生物运动会触发亲和反应；但虚拟斑马鱼自身产生的视觉运动因可能基于深度感知的抑制性预测，并未引发亲和反应。此外，仅当同时提供运动视差时，表现出静止行为的虚拟斑马鱼才会触发亲和反应。综上，这些结果表明深度感知在不同情境下特异性抑制和增强社交亲和性中的作用（图5K）。

静止行为包括身体形状或姿态的动态变化，这些变化可传递物种等社交信息身份与性别。此外，当动物发生旋转时，其体积会因运动深度效应而显现。有趣的是，新生儿和无经验的雏鸡已具备对静止行为的感知能力，这表明对静止行为的反应是先天的且在进化上具有古老性。对静止行为的解读障碍也已成为人类自闭症的早期可遗传标记。本研究表明，运动视差能够增强虚拟同类所触发的亲和反应。当虚拟同类表现出静止行为时，这种增强效应尤为显著。由于标准的同类视频未包含不同视角的透视变化，本研究结果可解释为何此类视频无法持续引发社交反应。研究还发现，当虚拟斑马鱼表现出移动行为时，运动视差对亲和反应的增强作用较弱。这可能是由于天花板效应，或是将物体运动错误归因于自身运动所致。

我们的研究结果表明，存在一种感官过滤机制，用于抑制由自身运动引发的同种个体视觉运动。在从群体细菌、蝗虫群到鱼群再到哺乳动物群等各类动物中，均已观察到间歇性运动现象。近期一项研究指出，当在运动阶段呈现视觉刺激时，蝗虫若虫对集体运动的反应性会降低，这提示在表现出间歇性运动的动物中存在一种时间门控机制。然而，我们发现，静态虚拟斑马鱼在实验对象自身运动期间以相反方向（即负视差）移动时，会引发强烈的亲和反应。这支持了感官过滤由深度感知这类方向敏感机制介导的观点。这种预测性抑制可能源于侧线、前庭系统、肌梭，或是编码自身运动的运动效应副本。

运动视差与静止行为的协同效应表明，存在能够整合深度与社会信息并触发亲和反应的神经回路。在非人灵长类动物中，基于运动视差的深度神经表征已在视觉皮层的中间颞区（MT区）得到确认。另一方面，生物振动与视觉运动会激活幼年斑马鱼背侧丘脑核中的神经元。成年斑马鱼中成熟的神经回路是否能整合社会与深度信息，可通过多光子钙成像技术和闭环虚拟现实系统进行研究。

总体而言，我们关于深度感知被整合进社会信息处理的研究结果表明，在研究自然行为时，在视觉刺激设计中纳入并控制深度线索具有重要意义。探究虚拟现实中深度感知如何调节虚拟代理的生命感背后的神经机制，是未来研究的一个令人振奋的方向。由于社会亲缘关系和深度感知是整个动物界的共同功能，神经结构的核心原则很可能从鱼类到其他物种都保持一致。

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苏州木芮生物科技有限公司（以下简称“木芮生物”）成立于2018年1月22日，是一家致力于以斑马鱼为模式生物提供生物医学基础科研服务、斑马鱼实验操作试剂盒、斑马鱼临床疾病模型、其他生物学实验试剂以及进行斑马鱼应用技术转化的高科技公司。木芮生物以斑马鱼为模式生物，建立起了上百种的临床疾病模型，深入探索相关疾病发生的深层次疾病机制， 进而为临床治疗疾病提供可行的治疗方案或者药物筛选机制。到目前为止，木芮生物已经建立起包括遗传、行为、 细胞、 生化分子等斑马鱼相关成熟的技术，并且依托这些技术成功将斑马鱼应用到基础科研、毒理测试、癌症药物筛选、 中药药效成分筛选、保健品开发和功效评价。木芮生物经过七年的快速发展，公司现已有核心创业团队成员20余人，其中博士研究生1人，硕士研究生6人，本科生10余人。木芮生物成立后，陆续与江苏省产业研究院和苏州纳米应用技术研究所等科研单位建立起了科研合作，建立了“模式生物技术与应用研发中心”；公司于2020年被认定为“国家高新技术企业”，于 2021年底获得苏州工业园区“领军成长企业”称号。