蝙蝠回声定位主动传感与3D目标定位系统的感官调节机制研究

The adjustments and responses on environmental surrounding are crucial in adaptation evolution of organisms. Bats’ echolocation is a typical active sensing system, therefore echolocation is an ideal model for study on dynamic adjustments and adaptation evolution of motion-sensor feedback mechanisms in animals. By using the microphone array and high speed videos, we select the species of Rhinolophidae and Hipposideridae to investigate on their echolocation sonar beam pattern and the 3D target location. The outcomes will demonstrate the beam pattern and variation of echolocation calls under different surroundings and behavioral contexts, as well as the relationship between sonar beam and vocal-auditory systems. Simultaneously, the results will state the effects and response between echolocation sonar beam and the environmental factors, which suggesting the dynamic adjustment of the sensing systems on the sonar beam. Our study plays an important role in understanding 3D imaging system of echolocation bats, and will supply significant basic data for discovering the adaptation evolution mechanisms in animals. Furthermore, our results will give necessary biological basis for relative bionic studies.

明确动物对不同生态环境的调节和响应行为，是揭示物种适应性进化机制的前提与基础。蝙蝠回声定位是典型的声学主动传感系统，是研究动物运动－感知反馈系统主动调节与适应性进化的理想模型。本项目采用目前国际上最先进的麦克风阵列声呐研究设备与技术，以我国分布的恒频蝙蝠代表性种类为研究对像，开展蝙蝠回声定位声束及3D目标定位系统的感官调节机制研究，明确不同行为目标下回声定位声束的立体特征和变化规律，阐明发声-听觉感觉器官结构与声束特征的关系及其在调节声束特征中的行为与功能，明确回声定位声束与3D目标定位系统对环境影响因素的响应，揭示目前知之甚少的恒频蝙蝠主动传感系统的感官调节机制。研究结果对完整理解回声定位3D空间成像系统及功能至关重要，为揭示动物表型的适应性进化机制奠定行为学基础，在促进物种多样性保护的同时，为回声定位仿生学研究提供生物学依据。

明确动物对不同生态环境的调节和响应行为，是揭示物种适应性进化机制的前提与基础。蝙蝠回声定位是典型的声学主动传感系统，是研究动物运动－感知反馈系统主动调节与适应性进化的理想模型。本项目以我国分布的代表性恒频型蝙蝠为主要研究对象，开展蝙蝠回声定位声束及3D目标定位系统的感官调节机制研究，明确不同行为背景下回声定位声束特征、变化规律及其环境影响因素，揭示目前知之甚少的恒频蝙蝠主动传感系统的感官调节机制，并阐明蝙蝠交流声波功能与句法结构。.采用目前国际上最先进的麦克风阵列声呐研究设备与技术，基于Labview和Matlab分析平台，重建了马铁菊头蝠回声定位声波三维声场声束及飞行运动路径，构建声束计算方程和声束可视化模型，为深入研究蝙蝠回声定位适应性进化以及发声神经生物学机制提供了新的技术方法。同时，分别开展恒频蝙蝠在不同复杂程度和不同温湿度条件下环境中的回声定位调节机制研究。研究结果表明，大蹄蝠和马铁菊头蝠均通过调节回声定位声波的频率-时间参数和声束参数以适应复杂环境，并通过显著提高其多普勒频移补偿精度适应环境温度升高，揭示了蝙蝠在不同环境条件下的飞行和回声定位调节机制，为深入理解回声定位的3D空间成像系统及其对环境的适应机制提供重要的基础数据。此外，本项目采用机器学习学习模型进行蝙蝠发声的行为背景和叫声序列分类，为动物交流声信号研究的数据挖掘提供了有效参考方法，并证明蝙蝠在非交配季节能够发出具有句法结构的交流声波。.在Frontiers in Zoology、Animal Behaviour、Integrative Zoology等学科主流杂志发表SCI论文8篇。研究结果为完整理解蝙蝠发声和飞行行为的适应性进化机制提供重要的基础数据，并在促进物种多样性保护的同时，为回声定位仿生学研究提供生物学依据。