一个外科医生用微型手术刀切开她的实验对象，夜间发汗蜂的头囊Megalopta genalis在巴拿马史密森尼热带研究所的一个实验室里。这位外科医生是瑞典隆德大学Eric Warrant博士手下的一名研究人员，他将一个比一微米还薄的玻璃电极插入蜜蜂的大脑。她试图刺穿一个非常小的东西——一个单极细胞，位于大脑顶部的一层叫做薄片。Warrant认为这些细胞负责一种叫做神经叠加的把戏，这帮助蜜蜂最大限度地利用光光子来观察它们黑暗的栖息地——巴拿马热带雨林中密密的、杂乱的灌木丛。“似乎这些蜜蜂能够做一些几乎违背物理学的事情，”功能动物学家Warrant说，他已经研究昆虫夜间视觉超过20年了。“我们相信，蜜蜂在夜间看得如此清楚的奇迹就发生在这些单极膜细胞中。”
根瘤菌在小树枝内筑巢，在日落后一小时和日出前一个半小时寻找花粉。史密森尼热带研究所代理所长威廉·威西洛博士推断，蜜蜂在这些昏暗的时间进食是因为花粉竞争和捕食者更少。在黑暗的雨林中，人类几乎什么也看不见，但汗蜂觅食却没有问题，它们会避开悬挂的藤蔓植物和下垂的棕榈树，回到一个有魔笔般宽度的巢穴，开口比它们的身体略大。
蜂脑手术需要如此精确的精度，以至于研究人员自己的脚敲击桌子就足以使微小的电极错位。
视觉依赖于处理光子的能力。人类有一种被称为“镜头眼”的东西，它可以通过一个镜头收集光子并将它们引导到视网膜上的感光细胞。这在有大量光子的日光下工作得很好。但在晴朗无月的夜晚，地球上任何一个点接收到的光子都比晴天少1亿倍。夜行动物进化来最大限度地利用光子。如果我们了解了蜜蜂是如何做到这一点的，我们也许就能制造出夜间导航设备来做同样的事情。
这就是美国空军想要的。“夜间的蜜蜂,埃里克和他的人看在巴拿马做一些光收集和处理技巧,在条件允许他们看到当大多数昆虫无法看到的,和我们感兴趣的是这种技巧,”里克皮特说,高级研究工程师在佛罗里达州埃格林空军基地。该机构正在考虑一种不需要依赖GPS的微型飞行器(MAVs)的未来品种。这些MAVs可以像蜜蜂一样在黑暗中看到世界。
蜜蜂的眼睛比人类的多。他们也有不同类型的眼睛，执行不同的功能。单眼是三个类似于照相机的眼睛;它们在昆虫的头上形成一个三角形。它们产生模糊的图像，但通过光的方式帮助昆虫辨别上下方向(上是天空，通常较轻，下是地面，通常较暗)。蜜蜂也有一对复眼，复眼是由成千上万的小塔组成的，这些小塔被称为小眼，紧密地挤在一起，形成蜜蜂头上的蜂窝状眼睛表面。在每个小孔塔的顶部有一个透镜，它捕捉光子并将它们导向小孔内部的感光细胞。像蜜蜂这样的昼生昆虫有所谓的对位复眼，这意味着每个小眼内的每个感光器只接收来自一个小眼的光子。这对白天活动的昆虫是有效的，因为足够多的光子通过一个小孔，使光感受器产生清晰的图像。大多数夜间活动的昆虫都有叠加的复眼，每个感受器都能接收来自数百个小眼的光子。 This eye design assures that a far greater number of photons reach each photoreceptor, producing a brighter image, which allows nocturnal insects to see well in the dark.
但是神秘的根瘤菌是因为它们没有能够捕捉到更多光子的叠加复眼。汗蜂的眼睛是最适合白天使用的。相反，汗蜂的小眼和单眼比夜行昆虫的复眼更大。蜜蜂的光感受器也比那些白天活动的昆虫更敏感，这意味着当它们受到光子撞击时，会产生更强的神经脉冲。但这是有代价的。拥有更强的神经脉冲就像在接收效果不好的情况下把收音机的音量调大——音乐的音量会更大，但静态的音量也会更大，或者用光学昆虫学家的话说，就是噪音。为了排除噪音，蜜蜂的单极细胞汇总了来自众多光感受器的信号。
根瘤菌并不是唯一会使用神经求和技巧的生物。Warrant说，其他几种夜间活动的蜜蜂、黄蜂和蚂蚁可能也在这样做。动物和人类的大脑执行他们自己类型的神经总和，以提高输入的质量。“总结是一种从糟糕的情况中得到最好结果的方法，”Warrant说。“大脑非常擅长在有限输入的情况下进行高效计算。”他认为，人类大脑在处理声音或气味时可能使用了类似的总和方法。但这种光子产生的脉冲总和超出了我们大脑的能力范围，这就是为什么Warrant的研究人员将电极插入单极细胞m . genalis。
蜂脑手术是在一个消振桌面上进行的，因为它要求的精度是如此之高，以至于研究人员自己的脚敲击桌子就足以使她放入单极细胞的微小电极错位，单极细胞的宽度大约是一根头发的宽度。为了保持静止，蜜蜂被放置在一个小瓶中，只露出它的头部。手术是在一个金属网笼中进行的，这个网笼可以防止外界的电噪声干扰检测大脑中的电信号。“电极的作用有点像天线，”Warrant说，“它能接收到这些噪声，而这些噪声会污染你试图从神经元记录的信号。”使用注射器，研究人员用导电溶液填充电极，将单极电池的电脉冲通过电线送入放大器，并送入计算机进行分析。
这个实验是在一个黑暗的房间里进行的，以模拟蜜蜂的栖息地。白色屏幕上的一个黑色像素被移动到蜜蜂的前面。如果电极单极细胞仅当像素位于该细胞正上方的小孔前时才发出神经反应，则神经求和不会发生(这意味着每个单极细胞只接收到一个小孔的输入)。但是，如果当像素被拖过时，电极单极细胞在蜜蜂视野的宽弧线上产生神经反应，这意味着该细胞从多个复眼接收输入，神经总和正在发生。
Warrant希望在2014年6月之前有足够的数据来证明他的神经总和假说。如果得到证实，为机器和人类构建夜间视觉是可能的。我们无法教会我们的脑细胞去计算稀缺的夜间光子，但夜视可能就像戴上蜜蜂护目镜一样简单。
贾斯汀·诺贝尔关于科学和文化的故事出现在时间、猎户座和锡的房子。在其他项目中，他目前正在编写一本关于天气的故事书。他住在新奥尔良。
