蜂鸟似乎是大自然和工程学的奇迹：这种生物能够以外科手术般的精准度在花朵附近盘旋。它们是怎么做到的呢?
尽管蜂鸟的飞行机制已被深入研究，但人们对它们的触觉如何帮助这些精力充沛的小鸟从花中吸食花蜜而不撞到花蜜的了解却少之又少。科学家对大脑如何处理触觉的了解大多来自对哺乳动物的研究，但鸟类的大脑与哺乳动物的大脑截然不同。
加州大学洛杉矶分校牵头的一项研究发表在《当代生物学》杂志上，研究表明，当风吹到蜂鸟翅膀前缘的羽毛和腿部的皮肤时，蜂鸟前脑两个特定位置的神经元就会激发，从而创建出自己身体的 3D 地图。
喙、脸和头上的受体也发挥着这一作用。气压的强度受物体距离等因素的影响，被羽毛底部和腿部皮肤中的神经细胞接收并传输到大脑，大脑据此判断身体相对于物体的方向。
动画展示了蜂鸟前脑处理触觉的两个区域。一个区域处理头部和面部的触觉，另一个区域处理身体其他部位的触觉。这使得蜂鸟能够创建其身体的 3D 地图，帮助它在飞行过程中在空间中定位自己。图片来源：Gaede 等人，2024 年
研究人员还研究了斑胸草雀，它们的身体结构与蜂鸟相同，但某些部位的敏感度略低，这表明这些部位有助于蜂鸟高度专业的飞行动力学。这项研究增加了对动物如何在其世界中感知和导航的了解，并有助于找到更人道地对待它们的方法。
人类会形成身体的触觉地图，从大脑中心的脚趾开始，一直延伸到腿部、背部，以及代表面部和手部触觉的更大区域。这些用于触摸和触摸任务的区域在人类大脑中被放大。
“我们知道，对于哺乳动物来说，触觉是通过大脑皮层前脑外层进行处理的，”通讯作者、加州大学洛杉矶分校综合生物学教授邓肯·莱奇 (Duncan Leitch) 说道。
“但是鸟类的大脑没有分层的皮层结构，因此触觉在它们大脑中是如何表现的是一个悬而未决的问题。我们准确地展示了不同类型的触觉在这些区域激活特定神经元的位置，以及触觉在它们的前脑中是如何组织的。”
之前对鸟类注射染料的研究表明，鸟类前脑中有一个区域负责处理脸部和头部的触觉，另一个区域负责处理身体其他部位的触觉。例如，猫头鹰的触觉中枢通常与脸部触觉相对应，但只负责处理爪子。但由于蜂鸟的生活与猫头鹰截然不同，因此这一情况似乎不太可能适用于它们。
莱奇和皇家兽医学院及不列颠哥伦比亚大学的合著者通过将电极放在蜂鸟和雀科动物身上，并用棉签或气流轻轻触碰它们，能够实时观察神经元的放电情况。计算机放大了电极发出的信号，并将其转换为声音，以便于分析。
实验证实，头部和身体的触觉被映射到前脑的不同区域，并首次表明气压会激活这些区域的特定神经元簇。对翅膀的检查显示，神经细胞网络很可能在被羽毛上的气流激活时向大脑发送信号。
研究人员发现，大量的脑细胞对翅膀边缘的刺激有反应，他们认为这有助于鸟类以微妙的方式调整飞行。他们还发现，脚对触觉非常敏感，这种触觉在大脑中占有很大的比重，这可能是为了帮助它们栖息。
研究人员推测，鹦鹉和其他用脚抓握和移动物体的鸟类的这些区域可能更大。
在他们的研究中，研究人员确定了鸟类的受体场，触摸会触发神经元的放电。在蜂鸟中，其中一些受体场(尤其是喙、脸和头上的受体场)非常小，这意味着它们可以感觉到最轻微的触摸。斑胸草雀的受体场相同，但更大，这表明斑胸草雀的这些区域不那么敏感，可能与依赖持续、稳定精确飞行的蜂鸟更相关。
“蜂鸟常常对我们给出的最小阈值做出反应，”利奇说。
进一步了解各种动物如何映射身体上的触觉，可能会推动使用传感器移动或执行任务的技术进步，例如假肢或自主设备。但动物福利的改善可能是这项研究更直接的结果。
利奇说： “如果我们能够理解动物如何感知触觉，我们就可以开发出对它们干扰较小的做法。”
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