你的防抖能力，可能不如一只雞

出品：科普中國

作者：郭菲 煙臺大學(xué)

監(jiān)制：中國科普博覽

前些年，某汽車品牌曾采用雞拍攝廣告，以展現(xiàn)自家轎車有著和雞頭一樣的穩(wěn)定性。在那之后，很多與雞頭這種神奇穩(wěn)定性相關(guān)的短片就不停地涌現(xiàn)于各大視頻網(wǎng)站。從其中可以看出，雞頭穩(wěn)定器的效果，簡直是“企業(yè)級”。

無論是定點(diǎn)、隨行、還是自主運(yùn)動，都完全不輸最先進(jìn)的人類科技，以至于國外甚至有人專門為雞開發(fā)了成套的頭戴攝像設(shè)備。只可惜現(xiàn)有的技術(shù)還無法控制雞頭的轉(zhuǎn)向，這也讓“雞云臺”的搞笑屬性無限大于科技屬性。

動圖：就是不動?。ㄒ曨l來源：SmarterEveryDay）

有一說一，雞頭還真不是一般的“穩(wěn)”。那么問題就來了，雞頭為什么這么穩(wěn)？其他鳥類的頭也能這么穩(wěn)嗎？

一、鳥類的天賦異稟

雞頭的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。第一，當(dāng)固定身體位置不動時(shí)，無論如何晃動它們，頭部總是趨向于固定在空間中的某一點(diǎn)。第二，假如為雞戴上便攜式攝像頭放它們自由行走，就會發(fā)現(xiàn)拍攝的畫面相對穩(wěn)定（當(dāng)然，我們無法控制雞頭的突然轉(zhuǎn)向）。

雞頭能夠擁有這樣的異能，從身體構(gòu)造角度來說，首先要感謝靈活的脖子。鳥類的頸椎骨普遍擁有13或14節(jié)，遠(yuǎn)超人類（7節(jié)）在內(nèi)的大部分哺乳類動物，有些鳥類甚至擁有25節(jié)頸椎骨（如天鵝）。這也讓鳥類的頭部可以在以最后一節(jié)頸椎為球心，以脖子長度為半徑的球內(nèi)自由活動（當(dāng)然軀干部分除外）。不少鳥類的頭部甚至可以旋轉(zhuǎn)接近360°（左右各180°）。

典型的鴿子骨骼 （圖片來源：wikipedia（左））

不過，靈活的脖子僅僅代表雞頭能夠做到原地鎖定，并沒有解釋清楚雞為什么會原地鎖定。其實(shí)，雞這種行為本身只是為了盡量看清周圍的景物，或者說是一種為了看清景物而顯露的本能。

詳細(xì)來說，雞和絕大部分鳥類一樣，眼球體積占頭部體積比例高，視覺系統(tǒng)發(fā)達(dá)，不僅視力不差，大腦中處理與視覺有關(guān)信號的腦區(qū)面積也很大。不過，比較遺憾的是，鳥類的眼睛本身活動能力非常有限（具體原因之后詳細(xì)討論）。

人類的眼睛可以在眼眶內(nèi)靈活運(yùn)動，在頭部完全不動的情況下，雙眼的最佳視野也可以達(dá)到正面120°角范圍的圓錐面。但鳥類的眼睛在眼眶內(nèi)的活動范圍則非常受限，所以大部分情況下，鳥類想要以最佳視野看清在面前移動的物體，只能通過扭轉(zhuǎn)脖子，而非轉(zhuǎn)動眼球。

這里要說明的是，所謂最佳視野是指視覺分辨力最高的一小塊區(qū)域。例如人眼平視前方時(shí)的整體視野可以達(dá)到180°以上，但其中的最佳視野只是視線集中的一小塊區(qū)域（大概40°），在這塊區(qū)域之外，人類的視力其實(shí)會迅速衰減。

鳥類視覺范圍的對比，圖片來源：作者自制

上圖是角鸮和扇尾沙錐的視覺范圍對比，可見猛禽（前者）前向雙眼立體視覺發(fā)達(dá)，后向視覺薄弱。而普通鳥類全向視覺發(fā)達(dá)，但前向雙眼立體視覺差。

雞的兩只眼睛分別位于頭部兩側(cè)，所以雙眼視覺非常差。不過兩側(cè)的眼睛可以各自提供180°的視野，從而讓雞幾乎擁有300°的視力范圍。但它們視野正前方，能夠形成雙眼視覺的范圍可能還不到5°。除猛禽外的大部分鳥類視覺最為敏感的區(qū)域在兩側(cè)眼球正中附近，同時(shí)正前方的雙眼視覺區(qū)也是鳥類視覺相對好的區(qū)域——簡單來說，鳥類可以同時(shí)看清正前方和兩側(cè)正中位置的物體。

二、眼動or頭動？這是個(gè)現(xiàn)實(shí)的問題

現(xiàn)在假設(shè)在人類的正前方放置一個(gè)靜止的物體，然后要求我們在小幅度移動軀體的同時(shí)盯住這個(gè)靜止物體，我們會怎么做？當(dāng)然是轉(zhuǎn)動眼球從而讓最佳視野不會因?yàn)樯眢w的移動而偏離物體。而當(dāng)我們用雞重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)時(shí)，雞為了看清前方的物體，就會盡量保持自己頭部固定，同時(shí)用靈活的脖子去補(bǔ)償身體的位移。

看清靜止的物體顯然比看清運(yùn)動的物體要容易，而運(yùn)動是相對的，有時(shí)候動的并非是眼前的物體，而是我們的身體本身。不管是物體動還是身體動，當(dāng)運(yùn)動幅度不大的時(shí)候，人類并不需要專門扭頭或者轉(zhuǎn)身去正視想看的目標(biāo)，只要轉(zhuǎn)動眼球即可。雞的眼球不怎么能轉(zhuǎn)，但是脖子靈活，所以也用不著調(diào)整身體的方位，光讓脖子動就行了。

很多人可能會問，想要讓雞頭實(shí)現(xiàn)定位，莫非還要在它們面前放一個(gè)固定不動的標(biāo)靶讓它們盯著？這倒未必，不見得非得是具體的某個(gè)物體，雞頭擁有的視野本身，就是雞此時(shí)想要看清的畫面。為了讓這個(gè)畫面固定不動從而看的更清楚，雞就自然而然地動用起了靈活的脖子。結(jié)果上來看，就是頭沒動身子沒動，光是脖子在動。

三、雞伸脖子走路，其實(shí)是視覺增強(qiáng)手段

接下來，我們再來看看當(dāng)雞步行時(shí)，雞頭還能不能那么穩(wěn)。雞頭戴式攝像頭的畫面顯示，雞頭即便是在走路過程中拍到的畫面也相當(dāng)穩(wěn)定，至少是遠(yuǎn)超人類無云臺情況下手持?jǐn)z像設(shè)備的水平。人類兩條腿，雞也兩條腿，大家都是兩腳獸，結(jié)果卻大不同。其實(shí)，如果留意過雞或者鴿子的走路姿勢，你會發(fā)現(xiàn)它們并不是一直保持上身和脖子不動然后朝前輪流邁步，而是脖子在不斷地伸縮。

這種獨(dú)特的步行姿態(tài)，就是雞頭戴式攝像頭在運(yùn)動狀態(tài)下也能保證畫面穩(wěn)定的原因，它的背后仍然與雞的視覺形成機(jī)理密切相關(guān)。動物學(xué)家們在大約五十年前就開始研究雞或者鴿子步行姿態(tài)背后的科學(xué)問題，他們用幾個(gè)非常巧妙的實(shí)驗(yàn)證明了視覺與步態(tài)間的密切關(guān)系。例如，科學(xué)家們讓鴿子在步行機(jī)上行走，這個(gè)時(shí)候鴿子視野中的景物其實(shí)并不發(fā)生變化，僅僅是腳下在動。

此時(shí)有趣的現(xiàn)象發(fā)生了，鴿子步行時(shí)會保持身體和脖子的姿態(tài)不動。而在另外的實(shí)驗(yàn)中，假如身處眼睛無法感光的暗室，紅外線攝像機(jī)中步行的雞同樣會保持脖子不動。

之后，隨著人類影像科學(xué)的發(fā)展，攝像機(jī)、視頻處理相關(guān)的軟硬件迅速普及，越來越多的人進(jìn)行了類似的研究。人們發(fā)現(xiàn)，雞和鴿子走路時(shí)，最先探到前方的是脖子，脖子伸長到身體前方，頭部相對固定后，兩腳再分別探出一步，在兩只腳邁步時(shí)，頭部幾乎靜止。之后，頭部再探向前方，繼而重復(fù)。

頭部前探時(shí)，眼睛處于運(yùn)動狀態(tài)，這并不是理想的視覺條件，因此頭部快速前探，在整個(gè)運(yùn)動期間中占據(jù)的比例不大。而頭部前探完成后，等于是在前面等著身體，并且在身體跟上的同時(shí)能夠在脖子的調(diào)節(jié)下保持相對靜止，這個(gè)過程視覺穩(wěn)定，在整個(gè)運(yùn)動期間占據(jù)的時(shí)間更長。

鴿子步態(tài)慢鏡頭動圖 （圖片來源：作者拍攝）

以上的實(shí)驗(yàn)說明，雞或者鴿子之所以采取脖子不斷前后運(yùn)動的步行姿態(tài)，就是為了更好地看清周圍的景物，或者說是為了讓看清周圍景物的時(shí)間盡量長，看不清的時(shí)間盡量短。從動物行為學(xué)的角度來說，這種行為的深層原因，是在消耗能量最低的前提下，盡量保證時(shí)間足夠長的最佳視野。一旦視野已經(jīng)很好（比如步行機(jī)）或者什么也看不到（比如暗室），鴿子和雞就沒有必要專門采取這樣的步態(tài)了。

四、其他鳥類也能像雞一樣變身云臺？

那么問題又來了，鴿子和雞之外的鳥類，也會有一樣的行為嗎？是，也不是。頭部靜止時(shí)利用脖子作為云臺補(bǔ)償身體的動作是鳥類共通的行為。但鴿子和雞的步態(tài)則并非所有鳥類都會采取。其背后的原因是非常深邃的科學(xué)問題，我們僅僅做一些定性的說明。

多種多樣的鳥類 （圖片來源：維基百科）

先來說脖子云臺的問題，實(shí)際上不光是雞，所有鳥類都會或多或少表現(xiàn)出這樣的行為。例如風(fēng)中樹枝上站立的翠鳥，雖然樹枝不停晃動，但翠鳥的頭卻巋然不動。

從進(jìn)化的角度，應(yīng)該如何理解鳥類的這一習(xí)性？如前所述，靈活的脖子是鳥類們的天賦，而并不靈活的眼睛又是鳥類的缺陷。為什么鳥類的眼睛就沒有進(jìn)化地那么靈活呢？鳥類天生是適應(yīng)于飛翔的群體，飛翔要求盡可能輕的體重和盡可能流線型的身體。因此，一個(gè)像河馬一樣比例的巨大頭顱顯然不符合飛翔的動力學(xué)要求。

同時(shí)，飛翔需要不差的視力，所以鳥類的視覺都相對發(fā)達(dá)，眼睛占據(jù)頭部的空間不小。很多視力優(yōu)秀的其它物種，都擁有精準(zhǔn)而靈活的眼球，例如可以兩只眼睛分別獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的變色龍。但這種高配大眼必然需要大量的眼球運(yùn)動肌肉以及足夠的空間布局進(jìn)行支撐，所以變色龍的眼球?qū)嶋H上是突出于頭部表面的。但對于鳥類而言，且不說較小的頭部無處安放這樣的豪華配置，突出的眼眶和眼球也會在飛行過程中形成阻力。

變色龍的雙眼各自獨(dú)立，可以自由轉(zhuǎn)向不同視角

圖片來源：維基百科

此外，鳥類還擁有非常發(fā)達(dá)的鞏膜環(huán)，這是一組圍繞在眼周的硬質(zhì)結(jié)構(gòu)，它們像鎧甲一樣保護(hù)著眼球。鳥類在飛行過程中受到風(fēng)壓影響，眼球會有一定的受壓變形，而鞏膜環(huán)的存在可以使鳥類眼球維持原本的形狀，從而更好地確保飛行中的視力。不過，這副鎧甲的存在也進(jìn)一步降低了鳥類眼球的活動靈活性。

幾種猛禽的頭骨和鞏膜環(huán)展示 （圖片來源：作者拍攝）

因此鳥類的眼睛雖發(fā)達(dá)，但集成度和特化度太高，導(dǎo)致必須在某些方面減配。于是，鳥類的脖子便越來越靈活，以此抵消眼球本身不善運(yùn)動的損失。

白頸麥雞的瞬膜（鳥類眼睛為了飛翔進(jìn)行的另一種適應(yīng)性進(jìn)化）

圖片來源：維基百科

五、鳥類的步態(tài)復(fù)雜多變，但背后道理很簡單

至于鳥類的步態(tài)問題，我們也可以從進(jìn)化中去尋找答案?，F(xiàn)實(shí)中的鳥類，步態(tài)呈現(xiàn)多樣化。除了鴿子和雞的前后伸頭，小型鳥類經(jīng)常采用雙腳跳，而鴨子則采用兩腳輪流拍地左右搖晃的姿態(tài)……?？催^了對鴿子和雞的步態(tài)分析，很多人可能會問，難道別的鳥類就不需要讓視覺清晰的時(shí)間盡可能長嗎？答案是當(dāng)然需要，但必須注意鳥類的體型和習(xí)性千差萬別，不能一概而論。

比如體型輕巧的小型鳥類，雖然采用跳躍式的走路方式會讓騰空過程中眼睛無法清晰看到周圍物體。但它們體態(tài)輕盈，跳躍的方式迅捷而省力，需要進(jìn)行觀察時(shí)駐足觀察，確定目標(biāo)后即可迅速上前，最后反而很有效率。雞和鴿子經(jīng)常在地面覓食，本身又受體型限制沒法像小鳥一樣進(jìn)行“閃現(xiàn)”，所以不如干脆邊走邊看，以便隨時(shí)發(fā)現(xiàn)食物。至于野鴨，本身就是水禽，路上行走覓食不是剛需，所以走路姿勢比較潦草，兩只腳來回倒騰能快點(diǎn)進(jìn)水就行。

野鴨 （圖片來源：維基百科）

鶴一類的涉禽，雖然也是在有水的地方生活覓食，但它們?yōu)榱四茏畲笮实赜^察周圍情況，覓食時(shí)的走路姿勢與雞和鴿子是一致的。紅嘴鷗在正常狀態(tài)下步行時(shí)，僅僅兩腳并用，并不會有額外的脖子前后動作。但當(dāng)需要尋找食物時(shí)，同樣會前探脖子。此外，一些需要潛入水中捕魚的鳥類，甚至在水中都會采用頭部前探再身體跟上的游泳姿勢，其用意仍然是盡可能長時(shí)間地看清周圍環(huán)境。

夏季（左）和冬季（右）的成年紅嘴鷗

圖片來源：維基百科《紅嘴鷗》條目

當(dāng)然，鳥類采用什么姿態(tài)走路，不光與習(xí)性、覓食方式、體型有關(guān)，還要考慮維持平衡感等因素，并不是一個(gè)可以簡單歸納的問題。

鳥類選擇了適合自己的進(jìn)化道路，并最終成功地占領(lǐng)了地球的天空。雞頭的穩(wěn)定性與鳥類的步態(tài)，背后都有著進(jìn)化的影子。我們在今后遇到鳥類的時(shí)候，不妨留心觀察它們的步伐，再結(jié)合其習(xí)性與體型去分析采用這種步伐的原因，細(xì)細(xì)一想，這其中蘊(yùn)含著無限樂趣呢！

參考文獻(xiàn)：

1.圖說骨骼系統(tǒng)(Skeletal system)·脊椎動物
https://zhuanlan.zhihu.com/p/166289725

2.動物の眼?視覚

http://www2.tbb.t-com.ne.jp/mark/siya.html

3.犬や鳥は人間と同じ見え方をしてるのかな？ ?その１「視野」?

https://ist-ud.iseto.co.jp/?p=1385

4.橫向きながら睨みきかす ニワトリの不思議な視覚

https://style.nikkei.com/article/DGXNASDG06030_W3A101C1000000

5.鳥には世界がどう見えている？ 人間にはない驚きの眼の機(jī)能

https://logmi.jp/business/articles/157552

6.ハトはなぜ首を振りながら歩くのか？

https://epinesis.net/archives/69560457.html