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讓果蠅用自己的眼睛看

在閃避障礙物那條線裡,「有東西正在逼近」一直是程式先算好再告訴腦的,腦只負責把訊號往左或往右送。

從無人機的視角看一根柱子經過

無人機以每秒 1 公尺直線飛,一根柱子從旁邊經過。這裡還沒有真的接回飛行,只看視覺線路的反應。每一點代表 0.25 秒。橫軸是柱子實際在哪個方位。縱軸是估出來的方位,估法是看偵測逼近的細胞(LPLC2)裡哪個位置在放電。點落在斜線上,表示估得準。 正值是左邊、負值是右邊。只畫有放電的時段(柱子還遠的時候,這些細胞本來就不放電)。

真腦

同一隻眼睛之內,估計和實際的相關係數 0.96 / 0.98,誤差中位數 9°

假腦(同樣訓練)

只分得出左邊右邊;同一隻眼睛之內的相關係數 0.33 / 0.24,誤差中位數 23°
看數字(表格;表裡的「真實」是真腦、「打亂」是假腦)

方案 B:借用別人訓練好的果蠅視覺模型,接上雄果蠅的接線圖,看偵測逼近的細胞(2026-10-04)

果蠅有一種視覺細胞專門偵測「東西正朝我衝過來」,代號 LPLC2,下面叫它「偵測逼近的細胞」。文獻(Klapoetke 2017)的說法是:東西逼近時,畫面上的邊緣會從中心往外擴散。這種細胞專門喜歡「往外」的運動,討厭「往內」的。

它的輸入來自一群小的神經細胞,每一顆只對某一個運動方向有反應,分成 a–d 四種方向。下面叫它們「偵測運動方向的細胞」;它們有兩類,代號 T4 和 T5。另外有一群負責局部壓抑的細胞(代號 LPi),在畫面往內運動時把偵測逼近的細胞壓下去。下面叫它們「壓抑細胞」。

這次的做法分前後兩段。前段用 flyvis 算出偵測運動方向的細胞(T4 / T5)的反應。flyvis 是 Lappalainen 2024 發表的模型,照果蠅視覺接線建好、並且用任務訓練過;我們不再自己訓練。後段用 MaleCNS(雄果蠅全腦接線圖)裡的實際接線:偵測運動方向的細胞和壓抑細胞,怎麼接到偵測逼近的細胞。

測試畫面用文獻裡的十字圖樣:四條亮條在偵測逼近的細胞的視野中心「往外」掃或「往內」掃。然後算一個「偏好往外」的分數(原本叫徑向指標):(往外 − 往內)÷(往外 + 往內)。0 表示不分方向,愈大表示愈偏好往外。事先寫好的判定標準有兩條:分數要到 0.30;而且要在 8 個 flyvis 模型裡勝過兩種假腦。

「事先選定」和「看過結果才選」差在哪:設定如果是看到結果之後才挑的,就有可能只是挑到分數剛好好看的那一個,所以不能算正式結果,只能當參考。這裡正式結果只看事先選定的那一組,它的分數是 0.24,沒過門檻 0.30。

接線本身有沒有「往外」的結構
0.98 對 ≤0.57
在雄果蠅接線圖(MaleCNS)裡,四種方向的輸入在偵測逼近的細胞上整齊地往四個方向排開、兩兩相反(一致度 0.98–0.99);兩種假腦都降到約一半一半
真腦勝過假腦嗎
每種設定都勝
8 個 flyvis 模型裡有 7–8 個是真腦勝;這條線在「逼近」上第一次看到
分數到門檻 0.30 了嗎
0.24,沒到
這是事先選定的設定,算正式結果。把壓抑調強一倍(g = 2)時分數是 0.40,但那是看過結果才選的設定,不算正式結果;它左右鏡像後正負號反過來,變成 −0.35
徑向指標(8 個模型平均)要到 0.30 才算過
門檻 0.30
只接 T4 這一類鏡像後的分數 −0.10+0.14
T4 + 壓抑細胞(g = 1,事先選定)鏡像後的分數 −0.13+0.24
T4 + T5(暗條)鏡像後的分數 −0.07+0.17
T4 + T5 + 壓抑細胞(暗條)鏡像後的分數 −0.08+0.20
T4 + 壓抑細胞,壓抑加倍(g = 2,看過結果才選)鏡像後的分數 −0.35+0.40
看原始表格
設定「偏好往外」的分數(8 個模型平均)勝過「區塊打亂」假腦的模型數勝過「方向標籤打亂」假腦的模型數鏡像後的分數判定
只接 T4 這一類+0.148 / 88 / 8−0.10✗ 分數不到門檻
T4 + 壓抑細胞(g = 1,事先選定)+0.247 / 88 / 8−0.13✗ 分數不到門檻
T4 + T5(暗條)+0.178 / 88 / 8−0.07✗ 分數不到門檻
T4 + T5 + 壓抑細胞(暗條)+0.207 / 88 / 8−0.08✗ 分數不到門檻
T4 + 壓抑細胞,壓抑加倍(g = 2,看過結果才選)+0.408 / 88 / 8−0.35✓ 過了門檻,但設定是事後選的,不算正式結果

兩種假腦的做法:「區塊打亂」是在同一類神經細胞之間,把「誰接到偵測逼近的細胞」隨機換掉。「方向標籤打亂」是每顆偵測逼近的細胞保留同一組輸入位置,只把 a–d 四種方向標籤重新分配。

「鏡像」是把 a↔b、c↔d 對調。如果分數真的是靠接線的方向來的,鏡像後正負號應該反過來。g = 2 那一列的鏡像,連壓抑細胞的輸入也一起對調;前面幾列只對調直接輸入,不是乾淨的對照。

為什麼加上 T5 沒幫上忙:flyvis 這批模型裡的 T5,量不出它對運動方向有偏好。換成論文的量法(三種速度、正規化)也一樣。所以有 T5 的那幾列,主要是 T4 加上幾何在撐。

方案 B 能說什麼、不能說什麼

能說
  • 能說:雄果蠅接線圖裡,偵測運動方向的細胞接到偵測逼近的細胞的方式,有乾淨的「往外」結構;接線打亂之後就消失。接上訓練好的 flyvis 前段之後,真腦偏好「往外運動」的程度,在所有設定下都穩定勝過兩種假腦(8 個模型中 7–8 個)。在「逼近」這件事上,這是這條線第一次看到真腦勝過假腦。(之前自己訓練視覺線路時,分辨逼近的能力假腦也學得會;真腦勝過假腦的只有「方位」。)
  • 能說:壓抑細胞的作用愈強,分數愈高。壓抑加倍時到文獻的量級(0.40),左右鏡像後正負號會反過來。但壓抑加倍是看過結果才選的設定,只能當參考。
  • 不能說「模型裡偵測逼近的細胞,偏好逼近的程度有文獻那麼強」。事先選定的設定只到 0.24,沒到門檻 0.30。到 0.40 的那個設定(g = 2)是看過結果才選的。
  • 不能說「這讓無人機閃得更好」。方案 B 只看單一細胞的性質,沒有接回飛行。(事先就定好:主要的判定標準不過,就不做「讓腦真的指揮飛行」的測試。)另外,偵測逼近的細胞還有約 65% 的其他輸入沒接,這些細胞彼此之間的連線也沒接。前段是別人用另一份接線圖(FIB25)訓練好的模型,不是「不訓練」。

一步步做了什麼

10 步的進度✓通過 2✗沒過 6◐部分 / 有但書 2

點任一步,看做了什麼、結果如何。

看原始表格
步驟做什麼結果
什麼都不調沿用無人機那條線原本的神經細胞參數✗ 訊號連第一層都傳不過去
只調基準電位(試了三次)每種細胞給一個固定的偏移量,不看任務✗ 不是每顆細胞自己亂放電,就是全部安靜
用任務訓練東西逼近時要放電;東西遠離、或自己在轉時不要放電✗ 真腦和假腦都學會,所以不是接線的功勞;但真腦多了「方位」
正式考方位在沒訓練過的 14 個位置考✓ 真腦 0.97–0.99,假腦約 0
補上「變亮」的訊號再訓練之前只有「變暗」的訊號進得去✗ 分辨逼近的能力還是假腦也做得到;✓ 方位第二次只有真腦做得到
無人機視角一根柱子從旁邊經過(上圖)✓ 真腦跟得上柱子,假腦只分得出左右
接回飛行(直接接)把視覺線路的放電直接接進無人機的腦✗ 一路急閃,比完全不控制還差
接回飛行(只決定方向)閃避照原本的做法,只讓它決定往哪邊閃✗ 方向正確率 50%(原本 96%):柱林裡很多根柱子同時在動,它分不出要閃哪一根
用多個物體的畫面重新訓練;固定視覺線路不再訓練、改從多種細胞讀出結果(到 2026-10-03)換訓練資料、換讀出結果的方式✗ 仍然輸給原本的做法,真腦沒有勝過假腦。自己訓練視覺線路這條路結束
方案 B:訓練好的前段 + 雄果蠅接線圖(2026-10-04)用 flyvis 算偵測運動方向的細胞的反應,接上雄果蠅接線圖裡通往偵測逼近的細胞的接線,量「往外」和「往內」的差別✓ 真腦在每種設定下都勝過兩種假腦;✗ 事先選定的設定分數 0.24,不到門檻 0.30(見上方「方案 B」)
這一頁能說什麼、不能說什麼

這一頁能說什麼、不能說什麼

  • 能說:果蠅的視覺接線本身就帶著「東西在哪個方向」的資訊。換成假腦、用同樣方法訓練,補不回來。
  • 不能說「果蠅不用學就會看」。這裡每種細胞的參數是訓練出來的。也不能說「分辨逼近靠的是接線」,因為假腦也學得會。
  • 不能說「這讓無人機閃得更好」。接回去飛了兩次都沒用。它只學過單一物體,到了很多根柱子同時在視野裡的柱林,就分不出方向。之後用多個物體的畫面重新訓練、改成固定視覺線路並從多種細胞讀出結果,也都試過,仍然輸給原本的做法(2026-10-03 結束)。
  • 真腦和假腦各只訓練了一個網路。方位的差距在三個不同的測驗裡都重現了(沒練過的位置、補訊號後重新訓練、無人機視角)。
分辨「有東西在逼近」
兩者都會
假腦也學得會,所以不是接線的功勞
分辨「東西在哪個方位」(換到沒練過的位置)
0.98 對 ≈0
估出來的方位和實際方位有多一致(相關係數,愈接近一愈一致):真腦 對 假腦
從無人機的視角看柱子(只看同一隻眼睛之內)
9° 對 23°
定位誤差的中位數:真腦 對 假腦

文字說明

這一頁在講什麼

在閃避障礙物那條線裡,「有東西正在逼近」一直是程式先算好再告訴腦的,腦只負責把訊號往左或往右送。這一頁是另一條線:讓果蠅自己的視覺線路去看畫面。這段線路從感光之後的第一層,一路到偵測東西逼近的視覺細胞(LPLC2),約 8.4 萬顆神經細胞。

什麼都不調的話,訊號完全傳不過去。所以這條線用機器學習替每一種細胞找少數幾個參數(接線本身不動)。接線被隨機打亂的假腦也用同樣方法、同樣多的參數訓練,拿來跟照真果蠅接線的真腦比。

2026-10-04 更新:自己訓練視覺線路(視葉)的那條路,在 10-03 結束。之後換一條路(方案 B):改用別人已經訓練好的果蠅視覺模型,接上雄果蠅接線圖裡偵測逼近的那一段,只問一個範圍很小的問題。結果在「逼近」這件事上,第一次看到真腦穩定勝過假腦;但強度沒到事先定的門檻。見下方「方案 B」。

先看懂兩個詞

先看懂兩個詞

真腦(照真果蠅的接線):照果蠅大腦實際的接線,一條都不改。

假腦(接線被隨機打亂):零件一樣、電線一樣多,只是把「哪條線接到哪裡」隨機換掉。

就像一個城市:路口數量、每種道路有幾條都一樣,但每條路通到哪裡是亂抽的。兩張地圖的統計數字一模一樣,差別只在「誰連到誰」。

為什麼要比:如果只有真腦做得到,才能說功勞在果蠅大腦的接法。如果假腦也做得到,就只是「零件夠多」而已,跟接法無關。

文字說明

給想查原始紀錄的人:這條「讓果蠅用自己的眼睛看」的線,在原始紀錄裡的編號是 V1 線。