認知雞和難忘的海蛞蝓

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在心理學和神經科學領域,有一個悠久的傳統,即使用動物作為模型來理解人類。畢竟,即使從嚴格的生物學角度來看,人類也是極其複雜的生物。再加上文化帶來的複雜性,使得對人類思維的研究充其量也是棘手的。因此,正如生物醫學科學家依賴於不起眼的小鼠一樣,心理學和認知科學家也轉向我們在動物界的進化表親,以此來更好地理解我們自己。

在她的新書《Animal Wise》中,記者弗吉尼亞·莫雷爾 recounts 與一位研究人員的對話,這位研究人員指出,數十年的研究建立在“大鼠、鴿子和大學二年級學生,最好是男性”的基礎上。大學本科生代表了全人類,大鼠代表了所有其他哺乳動物,而鴿子則充當了動物王國其他部分的模型。

可笑之處不在於非人類動物可以有效地用作更多地瞭解我們自己物種的一種手段。這個想法很簡單:瞭解一個簡單的系統是如何工作的,你就可以對複雜系統的工作方式做出仔細的推斷。這(或應該是)顯而易見的。在今天他接受 CNN 採訪時,記憶研究先驅和諾貝爾獎獲得者埃裡克·坎德爾也這樣說:“與其研究非常複雜的動物中最複雜的記憶形式,我們不如研究最簡單的形式——非常簡單的動物中的內隱記憶形式。”


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可笑之處在於,科學家們長期以來將自己侷限於動物王國提供的如此有限的多樣性樣本中。而這正是坎德爾方法的 brilliant之處特別顯而易見的地方。他繼續說道:“所以我開始環顧四周尋找非常簡單的動物。我專注於海蝸牛 海兔。”

坎德爾並不是唯一一位透過將新的模型物種引入他的領域來改變科學發現程序的研究人員。悉尼·布倫納,他普及了使用線蟲秀麗隱杆線蟲,他說(坎德爾引用):

你需要做的是找到哪個是實驗性解決問題的最佳系統,只要它[問題]足夠普遍,你就會在那裡找到解決方案。

實驗物件的選擇仍然是生物學中最重要的事情之一,而且我認為,這是進行創新性工作的絕佳方式之一……生物世界的 diversity 非常大,而且由於一切都以某種方式聯絡在一起,讓我們找到最好的一個。

這個想法很簡單:選擇最能幫助你回答你想提出的科學問題的物種。如果那是大鼠或鴿子,那就使用大鼠或鴿子。但很可能有一種物種更獨特地適合。在研究生院,我研究了雞,以此作為理解社會認知發展的一種手段。更具體地說,我想了解 mind 的起始狀態,然後瞭解不同的經歷如何以不同的方式塑造 mind。

為什麼不使用人類嬰兒?

首先,在典型的嬰兒認知實驗中,通常只能從每個嬰兒身上收集到少量資料點。這部分是由於幼兒的注意力持續時間有限,部分是由於嬰兒經常睡著或變得煩躁。然而,這僅僅是一個後勤問題。更重要的是,嬰兒在出生後不久就開始學習很多關於他們環境的知識。一位研究人員發現,到兩個月大時,典型的嬰兒已經積累了至少 200 小時的視覺體驗,其中包括多達 250 萬次的眼球運動。因此,當嬰兒長大到足以參加實驗時,他們已經有了大量的經驗。因此,即使你可以在完全受控的環境中以合乎道德的方式撫養人類嬰兒,嬰兒本質上仍然是微小的學習機器。如果你想了解 mind 的起始狀態,這是一個問題。這就像研究沙拉來弄清楚植物是如何生長的。

還有更多。人類是晚成性物種,這意味著他們出生時是無助的。他們看不清楚。他們完全不協調。他們無法自行移動。他們找不到自己的食物。他們甚至沒有所需的肌肉將他們巨大的頭抬離脖子。因此,人類嬰兒需要多年的父母照顧。如果你是人類,爸爸媽媽真的很重要。

這不僅僅意味著嬰兒需要至少幾個月大才能參與實驗。這也意味著,雖然他們可能在某項技能上在智力上很熟練,但他們可能無法充分展示這種熟練程度。正如發展心理學家所說,能力和表現之間可能存在矛盾。例如,人類嬰兒在出生後幾個月內都無法控制他們的抓取動作。如果你的實驗依賴於抓取行為(或更普遍的運動協調),那麼它將無法揭示嬰兒認知能力方面的細微差別,因為實驗要求對他們來說太難了。曾經有人認為新生嬰兒無法視覺跟蹤在他們面前移動的物體。研究人員後來發現,當向嬰兒呈現頻閃而非連續運動時,嬰兒非常擅長物體跟蹤。嬰兒在夜總會跟蹤人會做得很好。鑑於這些矛盾,很難解釋與任務相關的失敗:嬰兒可能在任務中失敗,因為他們確實缺乏成功所需的認知能力,或者僅僅是任務沒有針對他們不成熟的感知或運動能力進行最佳化。

對非人類動物進行控制飼養研究可以解決這些問題。特別是,對早成性物種(即出生後能夠獨立生存,因此不需要父母照顧的物種)進行控制飼養研究可以解決這些問題。

坎德爾選擇海蛞蝓是因為它的神經系統僅由兩萬個神經元組成,其中一些甚至肉眼可見。儘管人類與海蛞蝓之間存在巨大的鴻溝,但後者已被證明作為模型物種非常有用,並使研究人員能夠揭示人類學習和記憶的基本分子基礎。

雖然家雞無疑比加州海蛞蝓更復雜,但它非常適合於認知的控制飼養研究。雞是極早熟的,這使得它們在孵化後立即能夠在沒有父母照顧的情況下生存。與人類嬰兒不同,雞出生時就具有良好的視力和深度知覺。雖然人類嬰兒要到一年多以後才能透過著名的視覺懸崖測試,但雞在出生後的第一天就通過了測試。

雞的大腦,就像海蛞蝓的神經系統一樣,在許多方面與人類大腦相當。儘管哺乳動物的大腦是分層組織的,而鳥類的大腦是組織成稱為核的細胞簇,但微觀結構——即電路——在某些方面仍然非常相似。

事實上,動物行為學家使用家雞研究行為至少一百五十年了,心理學家和認知科學家最近也加入了他們的行列。雞已被用於探索物體表徵、數字認知、生物運動感知、幾何重定向、空間導航和麵孔感知的發育。

使用雞進行認知研究還有一個好處,那就是它們會印刻。像其他一些鳥類一樣,幼雞會對它們看到的第一moving物體產生印刻,將其視為情感安慰的來源。在正常情況下,這些鳥類會對母雞產生印刻。然而,它們也會對幾乎任何其他自行移動的東西產生印刻。即使是電腦螢幕上的動畫物體!動物行為學之父康拉德·洛倫茨 famously 讓幼鵝對他的靴子產生了印刻。

對大鼠或小鼠等動物進行的典型研究要求研究人員花費數小時(或數天)訓練他們的動物執行某些任務或區分刺激。印刻本能使研究人員無需訓練即可測試雞。這是如何工作的?當分開時,雞真的想透過減少兩者之間的物理分離來與它們的印刻物體重新團聚。也就是說,如果你把印刻物體移開,然後放開雞,它會徑直跑到“媽媽”身邊。如果你讓雞在接近兩個不同的物體之間做出選擇,它們會接近它們認為與它們印刻的物體更相似的物體。

假設你讓一隻雞對一個紅球產生印刻。然後,你讓它在接近一個紅球和一個紅色立方體之間做出選擇。如果它們更可能接近紅球,那麼你可以合理地推斷雞可以感知球和立方體之間的差異。但是,如果它們的方法是隨機機會的結果(它們只在 50% 的時間內接近球),那麼它們可能不會注意到物體的形狀。

因此,親子印刻本能提供了一種生物學上有效的方法來研究認知能力,而無需培訓計劃。

對於發展心理學來說,雞會像海蛞蝓海兔對學習和記憶那樣嗎?

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題頭照片來自 Flickr/cskk。

Jason G. Goldman is a science journalist based in Los Angeles. He has written about animal behavior, wildlife biology, conservation, and ecology for 大眾科學, Los Angeles magazine, the Washington Post, the Guardian, the BBC, Conservation magazine, and elsewhere. He contributes to 大眾科學's "60-Second Science" podcast, and is co-editor of Science Blogging: The Essential Guide (Yale University Press). He enjoys sharing his wildlife knowledge on television and on the radio, and often speaks to the public about wildlife and science communication.

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