为了0.002克的食物,连鱼都能开车了

学术头条

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· 1月10日

鱼类实现陆地行走自由。

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为了0.002克的食物,连鱼都能开车了

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文丨学术头条,作者丨刘芳,编审丨HS

鱼能开车吗?在不久以前,小编还会觉得这画面太美让人不敢相信。然而在鱼食的激励下,6 条金鱼实现了在鱼缸里“驾驶”四轮车(FOV)。或许不久以后,你就能看到大街上的鱼儿自己游着去买鱼食了。

这个颠覆性的实验是由以色列本-古里安大学(Ben-Gurion University)的科学家们所完成。

他们的初衷是,希望弄清动物的导航能力是否具有物种和环境特殊性,还是说它是一种内在的生存能力,能够独立于原始环境且具有普遍性。相关论文以 From fish out of water to new insights on navigation mechanisms in animals 为题,将于 2 月 15 日发表于  Behavioural Brain Research 期刊上。

先定一个小目标

动物的空间导航能力是重要的生存技能,也是觅食、寻找避难所和配偶的关键。

在这项实验中,科学家们采取了“领域迁移法”(domain transfer methodology),将 6 条金鱼放置于陆地环境并给予激励,从而考验它们在不同环境下的导航能力。

科学家们给金鱼定了一个小目标,并用粉色纸壳标注了目标的位置。

达到目标后,科学家会将一个 0.002 克的食物颗粒扔进水箱,让金鱼形成强化记忆。为了帮助金鱼在陆地上实现交通自由,科学家们给鱼缸装上了四轮驱动系统,并配备了电脑、雷达系统和摄像机。根据金鱼游动的方向,摄像头会通过算法激活马达从而带动四轮车前进。当雷达发现车辆与墙壁或者障碍物的距离小于 20 厘米时,车载计算机还会及时刹车以避免碰撞。

第一次和最高分成果对比 | 来源 :论文

毋庸赘言,为了吃到鱼食而不得不学会开车对金鱼来说是一项巨大挑战。首先,它们要自我调整和学习新的运动技能,因为仅靠平时的游泳姿势和鱼肉发力方式是不足以控制四轮车的。其次,由于空气、有机玻璃和水三种光学介质交界处的光线折射作用,金鱼需要战胜失真的视觉,逐步摸索出方向。

最后,陆地和水生环境的自然结构存在固有差异。金鱼需要在新的环境中使用无法辨认的元素进行导航。

让人惊讶的是,为了得到这 0.002 克的食物,倔强的金鱼们在很短的时间就熟悉了整套操作。虽然一开始走了很多弯路,但是在每周三次,每次三十分钟的训练后,6 只金鱼纷纷实现了在一分钟左右找到目的地,吃掉鱼食。

都是套路

论文作者指出,如果每次都是从同一地点出发,那么很有可能是机械性的肌肉记忆发挥作用,并不能证明金鱼有实时的空间分析和导航能力。因此,他们将挑战升级,把鱼缸四轮车随机放置在了房间的任何一个位置。

不过,这并没有难倒金鱼。正如图示 5A 所显示的那样,金鱼可以识别出目标,从不同的起始位置到达终点。

实验升级 | 来源 论文

然而套路还没有结束。为了迷惑金鱼,科学家们在四面墙上分别贴上了不同颜色的纸壳。从房间的中心点出发,科学家们在一条金鱼的身上实验了 15 次。如图 5C 所示,这条金鱼没有理会干扰,依然坚定地向目标飞奔而去,愉快地吃掉了所有的鱼食。

看到金鱼们如此轻而易举地闯关成功,科学家们决定再次将挑战升级。这一次,他们干脆将粉色纸壳放到了和之前相反的方向,以测试金鱼是以空间位置记忆为首要导航条件,还是以标志物为首要导航条件。

像图 5D 展示的那样,这条鱼不断地从不同的地方游到粉色纸壳的初始位置,那时它的心里一定充满了惆怅。在多次失败后,这条金鱼仿佛恍然大悟,朝另一边的粉色纸壳飞奔而去。这一结果证实,激励物所在的位置是金鱼导航的首要条件,激励物伴随的刺激是金鱼导航的次要条件。在破解了科学家们的套路之后,这条金鱼在第三次的实验中径直向新的目标位置前进,这表明这条金鱼已经对外部环境的内在表达进行了重构。

鱼不需要自行车

正如论文所称,虽然这之前也有人在鱼缸上装上四轮车,但这次是科学家们首次用“领域迁移法”来研究鱼类的导航能力。

一系列实验表明,鱼脑对陆地环境和水中环境的空间表达方式一致。论文建议,未来可考虑将陆地动物放置于水生环境中进行类似实验,以得出关于动物导航能力普遍性的确结论。

更重要的是,实验中的金鱼展示了对目标位置高度的适应能力。它们不仅能从各个方位抵达目标,还能及时改变对目标的定位,以得到激励。这表明鱼类可以很好地记忆环境属性,而不是仅仅是识别标志物。它们能够实时调整策略,从失败中吸取经验。

在七十年代的柏林,女权主义曾提出过一个著名的口号,叫:女人不需要男人,就像一条鱼不需要自行车一样。

这个实验妥妥地告诉我们,一条鱼确实不需要自行车。因为只要有足够的激励,它会骄傲而倔强地开着四轮车实现陆上交通自由。

参考文献:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0166432821005994

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