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动物的聪明方式Comments>>

发表于 2008-05-01 12:20 | Tags 标签:, , ,

在伊索寓言中,曾出现过一只口渴的乌鸦,它为了喝到罐子里的水,不断将叼来的石子投到罐中,石涨水高,最终如愿以偿。从这则寓言来看,鸟类是很聪明的,至少某些是。不过它们的形象在我们眼中通常还是以不聪明居多,比如“笨鸟”、“傻鸟”、“菜鸟”等等,当然也有“老鸟”这样对前辈高人表示尊敬的词,但也多少显得有点不怀好意。

那么以科学的眼光来看,鸟到底是聪明还是不聪明呢?现有的教科书毫不留情地指出,乌鸦的聪明只存在于寓言当中,科学家们也是这么认为的,至少在撰写教科书时是这么认为的。理由很简单,根据解剖学知识,鸟类大脑只拥有控制简单本能行为的基底核,连大脑皮层都没有,因此难免要被冠以“头脑简单”的称谓。不过随着我们越来越频繁地惊讶于乌鸦、鹦鹉和其他鸟类所展现出的非凡才智,这种观念不断地遭到质疑。

举例说明:乌鸦的聪明不仅限于投石饮水,还在于能弯丝取食。同样是一个大罐子,罐子里放了一个有提环的小铁桶,桶内是美味的肉末。直接吃是肯定吃不到的,幸好还有两根铁丝摆在面前,一根是直的,另一根一端有个钩。不出所料,很快它就吃到了肉,如此简单的因果关系对其来说是小菜一碟,像把胡桃衔到公路上,等车子辗过后坦然享受胜利果实这样的把戏,它早已驾轻就熟。不过其随后所显露出的本事就有些非同小可了,当只有一根直铁丝的情况下,借助地板的支撑,它用脚把铁丝弯成了钩状。认识到对象的物理性质,并依此对其进行改变,制造出工具,谁还敢说它不聪明呢?

乌鸦还有很强的记忆力,它能藏起3万粒种子,并在事隔6个月后再找出来。如果藏的时候发现有其他鸟在一旁观看,形迹可疑,它还会假装离开,过会再悄悄回来重新藏一遍,端地狡猾。不可貌相的不只是乌鸦,非洲灰鹦鹉不但会在与人类的对话中恰当地使用词语和数字,还具备一定的幽默感,还能够发明词汇,还能够教给其他鹦鹉!鸽子能记住725种不同的视觉模式,可区分出人造物体和自然物体,甚至分得清毕加索与莫奈的作品。喜鹊在幼年时就有了足够的理解力,知道物体躲在窗帘后面并不代表其已经消失。高度社会化的北美松鸦能通过其他成员间的相互关系,间接推断出自己的地位。

如此确凿的证据让人们不得不对这些被认为只会叽叽喳喳的动物重新进行评价。首先需要被重新审视的是鸟脑的解剖结构,虽然没有哺乳动物那样的大脑皮层,没有那么多与高级认知能力密切相关的沟回褶皱,但鸟儿们似乎有自己的聪明方式。它们的智力高下取决于基底核的核心——纹状体,而非大脑皮层。也就是说,同样可以拥有智力,但不必非要以人脑的方式来实现。这种现象被称为趋同进化,意思是不同种类的动物能够进化出相同的能力,但是以不同的方式来实现的,其背后的神经基础大不一样。

如果鸟儿们的聪明可以用趋同进化理论来解释的话,专家们将鸟类大脑智力中心定名为大脑皮层的举动就显得有些牵强附会了,我有我的路,干吗非要以你的为标准?争论在继续,我赞成可以走自己的路。

走自己的路的另一个典范是海豚,海豚的聪明众所周知,它们是除了人类和人类的近亲猩猩、黑猩猩、大猩猩之外唯一能够识别出镜子中自己的动物。每次在被用颜料于身上看不到的地方做过记号后,它们都会忙不迭地游到水下的镜子前去检查一番。海豚脑中是没有赋予灵长类动物较高认知能力的额叶的,那么照镜子臭美的聪明从何而来?显然另有方式。

要证明趋同进化的存在,不必只盯着那些聪明的动物,在低等如飞蝇的身上也可以找到证据。这些小昆虫像人一样能听到声音,但它们并没有脊椎动物的内耳,而是要依赖位于触须顶端的“音频放大器”——机械传感细胞。巧的是,这两者在能力上不分伯仲。怪不得尼采会说:“人类根本不是万物之冠,每种生物都与他并列在同等完美的阶段上。”

当然,我们仍可以很自豪,因为在获得聪明的方式上,我们所运用的无疑是最好的,但也不要忘记,像鸟儿一样在天空中自由翱翔是人类永远的梦想。

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  1. 欲望是智力发展的原动力,乌鸦有强烈想吃到瓶子里的肉的欲望,如果肉就放在桌子上,每次都能容易吃到,那这只乌鸦应该永远也不会用铁丝做钩子,人最开始应该并不是自然界最聪明或者能力最强的物种,但人是自然界欲望最大的物种,所以导致智力和能力漫漫变强,成为现在这样,我分析应该是这样,但是,欲望是什么东西,是天生就有,还是也是漫漫演化,变的越来越多,越来越大呢?

    • 如果说欲望,还不说是压力。生存压力。

      • 压力。。这个解释不大好吧。。。还是用“本能”这个词好点。。

        • 不能说是本能,生存的本能是要生存下去的欲望,而压力则是要生存而不能的境况,只用这种情形才能对生物遗传过程中的各种变异作有效的选择.

  2. “能将铁丝弯曲”和“认识到其物理特性”是有本质区别的。

    将核桃放在公路上压碎也并不代表有任何高级的认知能力,完全可以用斯金纳的操作性条件反射来解释。

    关于趋同进化的解释有一定的道理。不过我怀疑小小的纹状体到底能够承载多复杂的神经网络。要想获得更高层的认知能力,像大脑皮层这样的结构是不是最终还是免不了的呢?

  3. 会不会是信息加工方式的独特性使动物能够通过看似低等的生理结构达成趋同进化呢~~

  4. “海豚的聪明众所周知,它们是除了人类和人类的近亲猩猩、黑猩猩、大猩猩之外唯一能够识别出镜子中自己的动物。每次在被用颜料于身上看不到的地方做过记号后,它们都会忙不迭地游到水下的镜子前去检查一番。”
    哈哈,这是我在文中最喜欢的一段。太好了。

  5. 1. 没有功能上的证据说明cortex的大小和operational intelligence之间有任何关系。假说有好几个,比如Edman就认为basal ganglia才是operational intelligence的核心。
    2. 大象也会认镜子里面的自己。
    3. 没有证据说明frontal lobe和认识镜子里面的自己有任何关系。事实上这个行为并没有被assign到任何一个脑区。
    4. vertebrate的cochela有inner hair cell和outer hair cell,果蝇没有outer hair cell的functional homolog, 所以两者的放大能力显然是不一样的。

    • 1.那么鸟类的记忆能力、及物能力、概念识别能力怎么解释呢?这里面讲的不只是operational intelligence。2002年在Duke举办的的“国际鸟类大脑命名法论坛”得出的结论是:鸟类的大脑皮层至少占大脑总量的70%。
      2.有证据吗?我看到的是大象还没有这种自我识别能力,移情能力是有的,能提供下出处吗?:)
      3.我确实没看到对识别镜子中自己的动物进行脑功能成像,并定位出在某个脑区的实验(我没有具体查过,你确定没有人做过这方面实验吗?)。但额叶是公认的高级认知能力所在区域,而自我识别能力是一种高级的认知能力。
      4.果蝇通过触须顶端的机械传感细胞(mechanosensory cells),可以将接收到的音频信号强度精确地提高到5倍左右。不是说放大能力一样,是说其与脊椎动物的内耳一样都能将音频信号放大到最佳值:)

      • 1. 并不是每一种cognitive function都assign到neocortex。具体到你的问题。记忆是一个无法precisely locate的定义。及物能力我不清楚是什么,如果你指的是用工具取食物之类的话,这种行为没有神经解剖上的定位。概念识别可以发生在neocortex以外,比如灵长类的视觉概念识别发生在temporal cortex,但motor schema发生在cerebellum。

        鸟类鸣啭的功能核团定位已经做得比较清楚了,和neocortex没有关系,plasticity和motor command都发生在striatum。建议你参考一下Zebra Finch上面的工作。

        2. Self-recognition in an Asian elephant, PNAS 103(45): 17053–17057

        3. 没有人知道“自我识别能力”是否是一种“高级的认知能力”,也没有人知道它和额叶的功能有否关联。比如,果蝇显然是能把自己的脚和别的果蝇的脚分开的,但是它无法通过镜子辨识测试。因此“自我识别”是一个很模糊的问题。

        具体到镜子辨识问题,在哺乳动物里,额叶比较确定的功能是future planning and evaluation。没有证据显示额叶切除病人有类似不能在镜中辨识自己的行为。与此相反,面孔失认症患者的defect在temporal lobe而不是frontal lobe,他们不能在镜中辨识自己。同时,他们可以通过听觉辨识自己和他人。

        4. 我没有接触过类似的文献,但是我猜想果蝇上面缺乏电生理工具去定义“信号强度最佳值”,因为这本身是一个模糊问题。信号处理包括两个方面,放大和滤波。从这两个方面上来说,cochela的功能都比Johnston's organ强大,因为滤波是双向的,放大也是双向的。

        • 谢谢你的耐心回复:)
          1.及物推断/递移推论(transitive inference)指的是一种社会性认知能力:通过其他成员间的相互作用,间接判断出陌生者的社会地位。文中提到的是社会性的北美松鸦(Pinyon jays use transitive inference to predict social dominance,Nature,430(7001):778-81)。
          我想将鸟类认知能力的实现方式与哺乳动物的实现方式进行比较本身是否就存在问题?因为两者的脑结构差别比较大,趋同进化理论可以对此作出一定解释,而现在有趣就有趣在新的命名法将鸟类脑中原被定性为髓质的核状组织重新命名为皮层了,参见(Reformation of bird-brain terminology takes off,Nature,433(7025):449)就是说,鸟类的neocortex现在已经被扩大了。
          2.非常感谢!
          3.正如Self-recognition in an Asian elephant这篇文献提到的,自我识别能力可作为自我意识的一种标志。从这一点出发,自我识别能力应属于高级认知能力,因为毕竟到现在为止,除人以外,只在类人猿、海豚、大象身上发现了这种能力。至于镜子辨识与额叶的关系,如果有额叶切除病人的确切例证的话,可以说明问题,谢谢指正!面孔失认症这个例子似乎不太恰当,因为自我识别不一定只靠脸,也可以靠身体其他部位。识别不出镜子中的这张脸是自己的,不代表识别不出镜子中的人是自己。我想很可能是这种情况:意识到镜子中的人是自己,但识别不出来镜子中的脸。
          4.可以参考这篇文献:Power gain exhibited by motile mechanosensory neurons in Drosophila ears,Proc Natl Acad Sci,102(2):325-30

  6. 动物的聪明都用趋同进化理论来解释?

    问两个很菜的问题:
    1)进化过程很缓慢很漫长,怎么验证这个假设?

    2)动物(至少一部分)的聪明,如果用“蚁群算法”来解释,
    靠不靠谱? 例如http://c2blog.blog.163.com/blog/static/59780081200884101739721/

  7. 我想要提出的一点就是第三段结尾所说的“制造工具”,个人觉得这个词语用得不严谨。

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