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能動的な感覚システムは、自ら生成したエネルギーで環境を探査することで活性化される感覚受容器です。例としては、コウモリやイルカのエコーロケーションや昆虫の触角などがあります。自ら生成したエネルギーを使用すると、信号の強度、方向、タイミング、スペクトル特性をより細かく制御できます。対照的に、受動的な感覚システムは、周囲のエネルギー (つまり、ユーザーが生成したエネルギーではなく、環境にすでに存在するエネルギー) によって活性化されます。たとえば、人間の視覚は、環境からの光を利用しています。
能動感覚システムは、直接接触の有無にかかわらず情報を受け取ります。遠隔受容能動感覚システムは、伝播するエネルギーを誘導し、時間遅延や戻り信号の強度などの手がかりを使用して物体を検出することで情報を収集します。例としては、コウモリのエコーロケーションや電気魚の電気感覚検出などがあります。接触能動感覚システムは、刺激と生物との物理的接触を利用します。昆虫の触角やひげは、接触能動感覚システムの例です。
例
アクティブ電気定位
電気受容と電気発生：電気魚は環境を探査し、能動的な電気力学的イメージングを作り出す。[1]
生物発光
生物発光：成虫のホタルは自ら生成した光を使って交尾相手を探します。深海では、オオトカゲは近赤外線を発します。[2]
機械感覚
能動的な接触:夜行性の動物は、位置、大きさ、形、向き、物体の質感に関する情報を収集して移動するためにひげを頼りにしています。昆虫は移動中に触角を使って環境を探ります。人間が手で物体に手を伸ばすのもこれに似ています。
エコーロケーション
エコーロケーション: 自らが発する音の能動的な音響感知。コウモリは飛行中の獲物を探知するためにエコーロケーションの音を発します。ハクジラは水中でエコーロケーションを使用します。
化学薬品
化学物質の伝播は他の情報源よりも時間がかかるため、化学信号を利用して環境を調査できるのは運動の遅い生物だけです。粘菌のDictyostelium discoideumは、子実体の形成中に障害物を避けるためにアンモニアを使用して環境を調査します。化学信号の展開は、戻り信号がないために制限されます。[3]
物理的および生態学的制約
エネルギー伝播
テレセプティブ アクティブ センサー システムにおける重要な制約は、検出しきい値を超える戻り信号でエネルギーを生成することです。自己生成されたエネルギーは、遠くにある物体を検出できるほど強力である必要があります。幾何学的拡散により、均一に放出されたエネルギーは、表面積が増加する球体全体に広がります。信号強度は、生物とターゲット間の距離の 2 乗に依存します。テレセプティブ アクティブ センシングでは、信号が放出されて返されるため、幾何学的拡散コストが 2 倍になります。その結果、返されるエネルギーの割合は、生物とターゲット間の距離の 4 乗に比例して減少します。
指向性も、信号を生成する際のエネルギー消費に影響します。指向性が高く範囲が狭いと、減衰長が長くなります。コウモリは、高速で飛ぶ小さな昆虫をターゲットにするために、より広い検出範囲を持っています。イルカは、より狭いエコーロケーション ビームを生成し、より遠くまで伝わります。電気魚は、体全体を包み込む信号を発するため、伝搬距離が短くなります。
減衰
減衰: 幾何学的拡散に加え、伝播中のエネルギーの吸収と散乱によってエネルギーが失われます。減衰長は、強度が初期強度の 1/e (37%) に低下する距離です。霧、雨、乱気流などの環境要因は信号伝送を妨げ、減衰長を減少させます。
付属肢の長さ
接触感覚システムでは、接触付属肢の届く範囲にあるターゲットのみが検出可能です。付属肢が長くなると、移動中の重量と成長のための投資が追加され、物理的なエネルギーコストが増加します。妥協案として、ネズミのひげは体の35％しか覆いません。コストを最小限に抑えるために、リズミカルな動きが昆虫の歩行メカニズムと組み合わされています。[4]
目立つこと
生物が環境に放出するエネルギーは、他の生物に検知されやすい。捕食者や同種の競合個体による検知は、強い進化圧力となる。能動感知が使用される場合、ターゲットで検知されるエネルギーレベルは、返される信号のエネルギーレベルよりも高い。捕食者や獲物は、能動感知信号を盗聴するように進化した[要出典]。たとえば、コウモリの捕食者であるほとんどの飛翔昆虫は、エコーロケーションコール周波数に対する感受性を発達させた。甲高い音に刺激されると、蛾は回避飛行経路をとる。イルカはシャチの超音波クリック音も検知できる。シャチは、その見返りとして、より不規則で孤立したソナークリック音を発して、目立たない信号を発する。[4]オオトカゲの場合、他の深海魚が検知できない赤色光を利用する。[4]
関連概念
随伴放電とは、外部の運動イベントに対する自身の動きと反応を区別する能力です。方向と行動はニューロンレベルでマッピングされ、脳に記憶されます。随伴放電により、感覚システムの結果として感覚摂取を組み込むことができ、フィードバック システムとして機能します。
妨害回避応答: 同種の信号は、生息地を共有する個体の能動的な感知を妨害します。アイゲンマニアなどの電気魚は、周波数干渉を回避するために、放電周波数の反射シフトを発達させました。
参照
参考文献
- ^ Montgomery JC、Coombs S、Baker CF (2001)「Astyanax fasciatus の深海魚型の機械感覚側線システム」Env Biol Fish、62 : 87–96
- ^ Hao He、Jian Li、Petre Stoica。アクティブセンシングシステムの波形設計：計算アプローチ。ケンブリッジ大学出版局、2012年。
- ^ M. Soltanalian. アクティブセンシングと通信のための信号設計。ウプサラ科学技術学部論文（Elanders Sverige AB 印刷）、2014 年。
- ^ abc Douglas RH、Partridge JC、Dulai K、Hunt D、Mullineaux CW、Tauber A、Hynninen PH (1998) ドラゴンフィッシュはクロロフィルを使って見える。Nature 393:423–424