金魚腦
金魚汽車。圖片來源:翻攝自 Studio Diip 網頁。

「魚兒魚兒『地』上游~」咦?你看到的是一隻在人行道上的魚嗎?而且竟然還在開車!別懷疑你的眼睛,這是以色列科學家做出來的新實驗,他們讓魚兒學習用自己的方向感開車!

金魚腦

圖片來源:翻攝自 CGTN Europe YouTube

動物的奧妙——方向感

我知道你一定很想趕快看到金魚飆車的帥勁,但在此之前,容我向你介紹這個實驗所測驗的重要動物技能——方向感(navigation)。

方向感這項能力,對某些自稱路痴的人類來說,都不那麼能掌握;但對於動物來說,其實是一項熟稔的技能。根據期刊《Royal Society Publishing》的論文〈集體動物方向與遷徙文化:從理論模型與實證來談〉(Collective animal navigation and migratory culture: from theoretical models to empirical evidence),對於生態圈以及演化過程來說,動物的方向感為核心因素。比如遷徙、覓食、傳染病範圍與基因變化等等面向,都關係到方向感,也影響到族群數量與生態系統。

對個體動物而言,雖然遷徙可以找到不同空間或時節的資源,但是,它是一項重大的挑戰。最大的挑戰就是方向感,動物必須在複雜的環境,花上數月,乃至好幾世代,走過數以萬里計的遷徙距離;想想看,如果你走上那麼長一段時間,在沒有 Google map 幫助的情況下,有沒有可能不小心走了一大圈,繞回原點?因此,在遷徙過程中動物必須要運用各種感官模組去感知不同的線索,包括磁場、光線、地標、氣味以及天體等。在某些案例中,方向感由基因決定或者出於本能,但也有經由發覺與學習而來。

金魚開車——測試金魚腦的方向感

回到金魚開車車的實驗吧!

其實,讓金魚開車不是新鮮事。早在 2014 年,一個名為「Studio Diip」的團體就研發了金魚汽車。但當時的研發目的,主要是示範「電腦視覺」的科技不只能應用在尋常的自動化機器或者蒐集資料,也能幫助動物創造互動,而且是用很簡單的儀器。

但是在 1 月份發表的這項研究,則聚焦於測試金魚的方向感。科學家好奇對動物而言這麼重要的技能,會不會因為物種、生態系統或大腦結構而有所不同,還是它是普遍的生物技能?探索這個問題的其中一種方法,就是「移域法」(暫譯,domain transfer methodology),也就是讓一個物種處於另一物種的環境,並且成功達成測試任務(譬如找到方向)。

以色列的本古里安大學(Ben-Gurion University of the Negev)的研究團隊想要藉由教金魚開車進行這項實驗。實驗中,6 隻金魚被訓練駕駛「金魚汽車」(Fish Operated Vehicle)。「金魚汽車」由一個方形水槽和相機系統組成,相機會錄下金魚的動作,並轉換成前進方向的訊號,傳導給輪子。

舉例而言,如果魚在水槽裡靠近玻璃,但是牠的頭朝向水槽內方,那車子就不會動;但若魚靠近水槽的玻璃,魚頭卻朝向水槽外方,車子就會根據方向前進。

用 2014 年的金魚汽車影片,了解它的原理:

事實上,教魚開車並不困難。研究團隊中的博士生吉翁(Shachar Givo)表示,訓練是最容易的部份,「我只要把牠們放在一個設定情境,牠們就知道周遭發生了什麼事。」

一開始,每隻魚都駕著「金魚汽車」亂竄蛇行。但後來,金魚開始搞清楚是怎麼回事,動作變得穩定且經過思考。

吉翁說:「如果你讓一個人首次坐在車子裡,不告訴他要怎麼做,他最後會理解到旋轉方向盤跟汽車的走向相關。魚也是一樣,雖然理解得慢,但是一切都靠牠自己完成。」

然而,教會魚兒開車是一件事,但讓牠們理解車周圍的環境,是另一件事,這也是研究團隊的實驗重點。

如何從魚和環境的互動,測試出牠們的方向感?一開始,魚兒的試驗還很簡單。金魚汽車會被放置在一間房間的中心點,研究團隊把一張約 1 公尺寬、2 公尺長的紅紙貼在牆上,只要魚開車貼近那張紅紙,牠就會得到零食獎勵。

幾天過後,金魚汽車逐漸從蛇行變成直線往目標前進,顯見牠已習慣這個任務。只要任務對魚來說變得簡單,研究團隊就會放置障礙物,或者不同顏色的紙作為假目標,又或者改變牠的起跑點。魚在習慣新挑戰後,很少會被這些陷阱迷惑。

金魚開車實驗的影片:

透過此實驗,研究團隊看到金魚能夠躲開障礙物,並且更正不準確的定位。由此,他們得到 2 結論:第一,該研究暗示了方向感的技能是普遍的,而不僅限於某些特定環境;第二,它展現了金魚擁有在不熟悉的環境中,學習複雜任務的認知能力。

吉翁同時也笑稱:「也許,只是也許,我們同時也幫金魚推翻牠們的『3 秒記憶』污名。」

未來吉翁會繼續探索在更長的距離、更沒經過設定的情境中,魚如何學到方向。「我們想要魚去外面,在自然的人類環境中找到方向。這可以讓研究者觀察魚如何在更動態的陌生環境中下決定。」

推薦閱讀

【從鯊魚口中搶下人命!】大白鯊視角無法分辨「獵物種類」,英研究如何保護人類衝浪者

【被誇大的鯊魚軟骨素】人類的基因漏洞百出,免疫力不如一隻鯊魚

【原來「聲音」可以拯救珊瑚】也讓台灣垂死珊瑚聽聽看吧!英澳「聲音施肥」奇招吸 2 倍魚群進駐

參考資料

studiodiipsciencedirectnewsweeklivesciencetheguardianindependent

(本文歡迎合作夥伴轉載分享。首圖來源:翻攝自 Studio Diip 網頁)