大脑不一定是学习的必备条件,哥本哈根科学家成功训练一种带有剧毒的水母在低光源环境下避开障碍物,证明虽然水母没有大脑,但仍然具有学习能力,可以只使用神经系统来学习和改变自己的行为,挑战人们长期以来认为联想学习需要大脑的观点。
箱形水母携带可在 15 分钟内杀死一个人的毒液而闻名,最长能够长到 3 米,且这种水母有复杂的视觉系统,有 24 只眼睛。但和其他水母一样,它们是无脑的,透过分散式神经元网络控制身体。最近刊登在《当代生物学》(Current Biology) 上发表一篇研究发现,这种杀手级的生物,虽然没有大脑,但却有学习能力。
研究针对的是生活在加勒比海水域的一种小型箱形水母,只有指尖大小,这种箱型水母会在红树林根部之间寻找微小的甲壳类动物,哥本哈根大学生物学家特别在实验室的水池中设置一些障碍,在水箱的墙壁上贴上黑白或灰白色的垂直条纹,对水母来说,深色条纹看起来就像红树林根。结果发现,水质清澈光线充足的时候,水母可以,在“浑水”水箱中,水母会撞到墙上,因为它们的视觉系统无法非常清楚辨识黑色与灰白色。
研究人员假设水母也需要学习环境条件,因为当回到栖息地时,他们必须了解包括水质与颜色对比有何变化,结果水母确实学会了。研究发现,随着时间愈长,水母碰撞次数逐渐减少。科学家认为,水母是透过结合机械刺激,即遇到障碍物的感觉和视觉刺激来学习。
刺胞动物也有联想学习能力
澳洲雪梨麦考瑞大学动物专家评论这篇研究时表示,联想学习是神经学家伊凡·巴夫洛夫在十九世纪末对狗进行的实验而闻名,发现动物可以透过训练学会将一种刺激与另一种刺激连结起来。联想学习现在被认为是认知能力的有力证据,从人类到鸟类、章鱼甚至昆虫都具有透过联想学习的能力。而这是第三次在刺胞动物身上证明联想学习能力,刺胞动物包括海葵、水螅和水母。
加州大学柏克莱分校研究水母睡眠神经科学的博士后研究员也说,研究结果还显示箱型水母可以根据过去的经验改变自己的行为,显示他们具有一定程度的短期记忆。但是科学家仍然想知到箱形水母能记住多久,如果他们被从水箱中取出一个小时然后再回到水箱中,是否必须重新学习。
开发机器人识别模型
未来的工作中,研究人员希望确定哪些特定细胞控制箱形水母从经验中学习的能力。他们也想知道大脑之外的神经细胞是否具有普遍的学习能力,也许可以解释神经系统在生命树上的特殊位置。作者表示,在生命的演化上,器官系统一直在出现和消失,但是神经系统一旦存在,就很少再消失,也许学习能力是神经系统一直存在的原因之一。
由于箱形水母与其他动物的亲缘关系很远,因此研究结果可能暗示学习能力最初的演化过程。科学家还希望将水母如何在细胞层面上学习的发现应用到非生物系统中,以便机器人能够学习识别模式。他说,“这就是水母大脑的未来,我们想把它们黏在晶片上。”













