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研究首次發現魚類也能認出鏡子裡的自己 | 近50年的權威試驗遭重創

2月
10
2019

2019年2月10日23時 今日科學 海洋知圈

海洋知圈

日本和德國一項合作研究發現,一種名為「裂唇魚」的海魚能認得鏡子裡的自己。這是首次發現魚類也具有黑猩猩、大象、海豚和烏鴉等少數動物才有的這種能力。

裂唇魚是一種生活在太平洋和印度洋中的小型魚類,體長只有10厘米左右。它們能夠幫助大型魚類清理身上的寄生蟲等,也被稱為「醫生魚」。

日本大阪市立大學教授幸田正典等人和德國同行合作進行了這項研究。他們在水槽中設置鏡子,發現裂唇魚在最初兩三天會認為鏡子中的自己是同類個體,會去攻擊鏡子中的自己。但它會逐漸認識到鏡子中就是自己,並頻繁觀察自己的鏡像。這種自我認識的過程和黑猩猩十分相似。

研究人員給裂唇魚的喉部塗上類似寄生蟲的茶色印記,實驗所用8條裂唇魚中,有7條在看了鏡中的自己後會試著在水槽底部擦拭這個印記。但如果不給裂唇魚照鏡子,它不會去擦拭這種印記,說明確實是照鏡子而不是其他因素起了作用。

幸田正典說,人們一直以為魚的記憶力和認知能力很低,新發現改變了以往的認識,說明某些魚也有認識自我這種較高級的能力。

相關研究成果已發表在美國《科學公共圖書館·生物學》雜誌上。

原文:https://www.quantamagazine.org/a-self-aware-fish-raises-doubts-about-a-cognitive-test-20181212/

(點擊左下閱讀原文)

圖片:Andre Mouton

在評估自我認知能力的鏡子測試中,只有極少部分動物能順利通過,就連大多數靈長類動物也不能。在最近的一項研究中,一條魚似乎能認出自己,這一結果促使科學家重新思考鏡子測試究竟能證明什麼能力。

鏡子測試(mirror test)通常用於檢測生物體的自我認知能力。近期,一項報告指出魚也通過了鏡子測試,這重新引發了人們關於如何定義與衡量這種神秘特質的爭論。

檢驗高級意識的測試?

一條藍黑相間的小魚游到一面鏡子前。之前研究人員在它的咽部做了一個褐色標記。小魚面向鏡子豎著遊動,露出它的腹部。這時,它突然轉身向缸底的沙堆俯衝,用咽部撞擊沙子,然後重新游到鏡子前。小魚的這一系列操作意味著什麼?對一些科學家來說,這個試驗毫無意義;而在另一些科學家看來,這可能是一項顛覆性的發現。

德國馬克斯-普朗克鳥類研究所的演化生物學家Alex Jordan認為,這隻裂唇魚(cleaner

wrasse)通過了一項經典的自我識別測試。長期以來,科學家一直認為,能夠在鏡子中辨認出自己,反映出該生物體具備某種自我意識甚至能感知他人意識的存在。近50年來,他們一直在利用鏡子試驗測試動物的自我意識。讓動物熟悉鏡子之後,他們在動物身上的某個地方畫上記號,動物只有在鏡子裡才能看到。如果動物面對鏡子時碰觸或檢查到了身上的標記,它們就通過了測試。

人類通常在蹣跚學步時才能完成鏡子測試。除了黑猩猩這種腦容量大的哺乳動物,很少有其他物種能通過測試。然而,正如今年早些時候生物預印本網站bioRxiv.org上發表的一項研究報告所述,Jordan等人觀察到了一條小魚看似具備自我意識的行為。這項研究即將在學術期刊PLOS Biology上發表。

由此,Jordan的研究結果在相關領域掀起了一股巨浪。「一些研究者似乎不希望把魚類納入,因為這樣就意味著靈長類動物不再那麼特別了。」他說道。

Jordan表示,如果一條魚通過了鏡子測試,「要麼你必須接受這條魚具備自我意識的事實,要麼你必須承認這個測試不能檢測自我意識。」事實的真相可能兩者兼而有之。某些動物的思維能力可能比我們想像的更驚人,而鏡子測試的作用也可能比我們設想的少。要想更進一步理解動物的思維,就意味著不能只依賴於鏡子測試,而需要針對每個物種設計出獨特視角的新試驗。

靈長類動物自我意識強?

演化心理學家Gordon Gallup在還是研究生的時候,有天在鏡子前刮鬍子時想出了這個經典的試驗。不久後,Gallup在杜蘭大學任職時,接觸到了三角洲地區靈長類動物研究中心的動物,他可以在那裡驗證他的想法。

Gallup首先向四隻黑猩猩展示一面鏡子,每隻黑猩猩被單獨關在一個籠子裡。起初,黑猩猩的反應就好像看到了一個陌生人。但幾天後,他們在鏡像前停止了威脅和叫喊行為,轉而開始用鏡子觀察自己:清潔牙齒上的食物、摳鼻子、檢查生殖器。為了證明黑猩猩明白他們所看到的鏡像,研究人員麻醉了黑猩猩,並在它們的眉毛和耳朵上塗上了紅色顏料,之後把黑猩猩放回鏡子前。黑猩猩照鏡子時會用手指碰觸臉上的顏料。

與此同時,獼猴卻沒有通過Gallup的測試,這比黑猩猩成功辨認出自己更讓Gallup等人吃驚。當這篇論文1970年發表在《科學》(Science)雜誌上時,「它帶來的影響比我想像的要大。人們被這一發現吸引住了。」Gallup說道。

Gordon Gallup是一位演化生物學家,現供職於紐約州立大學奧爾巴尼分校。在他看來,最終只有人類、黑猩猩和紅毛猩猩通過了鏡子測試。圖片來源:Gordon Gallup

Gallup給我展示了一些黑猩猩鏡子測試的黑白照片,並表示,鏡子測試反映的是自我意識。他將其定義為「可以把自己想像成為鏡中物體的能力」。他認為這意味著一種罕見的智慧。Gallup認為,任何能在鏡子中辨認出自己的動物,都有可能意識到其他動物也有獨立的思想,甚至同情它們。個體的自我意識意味著對群體的意識。

與此同時,北卡羅來納大學教堂山分校的心理學家Beulah Amsterdam也對人類嬰幼兒進行了類似的試驗。在嬰兒的鼻子上塗上胭脂後,她發現大多數孩子在兩歲時就能在鏡子裡認出自己。在接下來的幾年裡,Gallup和他的同事們用鏡子測試了從靈長類到家禽的一系列動物,發現它們多數不能通過測試。許多動物只是把鏡像看成是另一種動物。

但有少數幾種動物通過了測試,或者說貌似通過了測試。Diana

Reiss是紐約市亨特學院的海洋哺乳動物學家和認知心理學家,她對海豚進行了廣泛的研究,包括與Gallup等人共同開展的鏡子測試。她表示,雖然她與Gallup合作的研究沒有得出結論,但後來的研究表明海豚可以通過鏡子測試。水族館中的海豚對著它們的鏡像,研究起它們的眼睛和嘴,翻轉身體,吹不同種類的氣泡。在被塗上黑色標記後,海豚會花更多時間對著鏡子看自己有標記的一面身體。

研究者通過單向玻璃觀察到,海豚在自己的鏡像前快樂地轉圈。一些研究者認為海豚已經通過了鏡子測試,但這個結論還存在爭議。圖片來源:Diana Reiss

大多數猴子仍沒能通過鏡子測試。一些獼猴經過數周的訓練,頭部受到限制,被迫盯著鏡子,在這種條件下才勉強通過測試。在另一項試驗中,研究人員試圖用巧克力標記狨猴,以提升它們的活躍度,但沒有成功。(一些猴子試圖舔鏡子裡的巧克力。)但Reiss和她的同事在亞洲象身上發現了鏡像自我識別的行為。Reiss說,紅毛猩猩、倭黑猩猩和大猩猩,甚至喜鵲都通過了測試。

然而,在Gallup看來,只有三個物種算得上通過了測試,它們是:黑猩猩、紅毛猩猩和人類。他發現其他所有物種的行為證據都沒有說服力,並認為研究人員正在解讀動物行為中不存在的東西。下面我們回到Jordan關於魚的鏡子測試中來。

社會聯繫造就自我意識

Jordan研究的是群居動物演化過程的心智技能。他和合作者想要探索群居魚類的認知極限,因此想到了鏡子測試。首先,他們測試了麗魚(cichlids,一種熱帶魚),但它沒有通過測試。因此,研究人員考慮下一步要嘗試什麼魚。「答案來了,當然是裂唇魚。」Jordan說,「這是一種非常聰明的動物,具有高度的社會性。」

裂唇魚生活在珊瑚礁中,專門啃食大魚身上的寄生蟲和死皮,但裂唇魚自身很容易被大魚吃掉。由於生活環境並不安全,裂唇魚必須學會避免被吃掉。Jordan說,在實驗室和野外,這些魚對周圍的環境會表現出好奇心,它們會像對待那些大魚一樣,清潔研究者的手和口罩。

在鏡子前,裂唇魚似乎經歷了與黑猩猩相同的階段。首先,它們攻擊自己看到的鏡像。然後它們在鏡子前做一些不尋常的動作,比如倒立著游泳。幾天後,這些魚會在鏡子前停留更長時間,似乎是在研究自身的鏡像。

Alex Jordan是德國馬克斯-普朗克鳥類學研究所研究行為的演化生物學家。他受到啟發,對社會性魚類的認知極限進行了測試。由此,他對這種名為「裂唇魚」的魚類進行了鏡子測試。圖片來源:Simon Gingins

接下來,研究人員對鏡子測試有明顯反應的魚進行了標記。他們在每條魚的咽部皮膚下注射了少量褐色物質(另一組則注射透明物質,作為對照組)。之後,研究人員觀察到,一些魚似乎在鏡子前研究起自己的標記。它們用咽部摩擦岩石或水槽的沙質底部。Jordan表示,這是魚類清除異物的一種常見行為。這些魚游回鏡前時常伴有這個動作。作者總結說,在這項研究中,四分之三的魚通過了鏡子測試。

研究人員花了三年多的時間試圖發表這篇論文。同行評審通常是某個領域的專家進行匿名評審,隱蔽性強。但Gallup等人在對裂唇魚論文的評審意見上籤了名,「強烈反對」文章的發表,Jordan如是說。

在Gallup看來,試驗中魚類展現出來的行為非常模稜兩可。他在一篇評論中寫道,當裂唇魚擦傷咽部時,可能是在指示鏡子裡的魚應該怎麼做——就像在說「你的下巴上沾了芥末。」Jordan則認為Gallup的變相解釋「牽強附會,難以置信」。

Reiss表示,她還為不同的出版物多次審閱了這篇論文。她不相信像倒立游泳這樣的行為表明魚通過了鏡子測試。她和Gallup還發現,與其他動物身上的非自然印記不同,這種褐色印記類似於一種寄生蟲,而裂唇魚會本能地對這種寄生蟲做出反應,這正是問題所在。Reiss說:「在我看來,像這樣的說法,必須有更有力的證據才可以。」

為了回應審稿人的反對,Jordan和他的合著者在他們的研究中加入了更多的對照實驗。現在,這篇論文終於被接收了。Jordan認為這段艱難的修改期讓這項研究更有說服力。「而且,我並沒有在評審通過之前就去世。」他開玩笑地說。

Jordan想讓世界知道魚有多聰明。但他表示:「如果說魚和黑猩猩一樣聰明,或者說裂唇魚智力相當於一個18個月大的嬰兒,我是絕對不同意的。」相反,他認為自己論文的重點更多的是科學而不是魚:「鏡子測試可能不是一個檢驗自我意識的測試。」他說道。接下來的問題是鏡子測試檢驗的是什麼,以及我們能否做得更好。

自我意識究竟是什麼?

在1970年黑猩猩鏡子測試發表後,Gallup寫道:「想要認出鏡子中的自己,這個物種似乎需要擁有相當高的智力水平。這似乎是第一個在非人類靈長類動物中研究自我認知的實驗。」

正如Gallup所描述的那樣,一個物種要麼表現出自我意識,要麼沒有,而大多數物種都沒有。他告訴我:「這促使許多人投入大量精力,試圖探究其他實驗室動物的智力完整性。」

但Reiss和其他研究人員認為,自我意識並不是一種非黑即白的存在。在2005年的一項研究中,埃默里大學靈長類動物學家Frans de

Waal和他的合作者發現,相比於玻璃後面有另一隻陌生的捲尾猴,捲尾猴與鏡像猴的眼神接觸次數更多。這可能是一種介於自我意識存在與缺乏之間的中間結果:捲尾猴似乎不理解鏡像本身,但它也不把鏡像當作陌生者。

亨特學院認知心理學家Diana Reiss曾發現海豚擁有自我意識的證據,但她對裂唇魚也擁有這項能力持懷疑態度。「在我看來,像這樣的說法,必須有更有力的證據才可以。」圖片來源:Elizabeth Nolan

科學家們對「自我意識」(self-awareness)這個詞感受各異,對這個詞的定義也並不一致。Reiss認為,鏡子測試反映了「自我意識的一個方面」,而不是人類擁有的全部認知能力。科羅拉多大學博爾德分校的生物學家Marc Bekoff和康奈爾大學的Paul Sherman提出了一系列「自我認知」(self-recognize)概念,範圍從無腦反射到同人類一樣的自我理解。

Jordan比較贊同「自我認知」的概念,他認為裂唇魚處在自我認知的低端等級。他指出,在尾巴被踩到之前躲開,或者把寄生蟲從鱗片上刮下,和思考你在宇宙中的位置是不一樣的。他表示,這個領域的其他人也支持他的觀點,即鏡子測試並不能測試自我意識。Jordan說:「我認為在這個領域,需要對我們如何理解動物所知道的東西進行修正和重新評估。」

在這一領域,大多數科學家的共識是,在鏡子中辨認出自己與社交能力之間存在關聯。在鏡子測試中表現良好的物種都是群居的。Gallup和其他人在1971年進行了一項有趣的研究,在圈養和隔離環境中成長的黑猩猩沒有通過鏡子測試。通過測試的黑猩猩出生在野外,過著群居生活。Gallup認為,這一發現支持了芝加哥大學哲學家George Herbert

Mead的觀點。Mead認為,我們的自我意識是由我們與他人的互動塑造的。Mead在1934年寫道:「僅憑單獨個體,是不可能產生自我認知經歷的。」

2006年,具有社會性的亞洲象幫助研究人員設計出了更好的鏡子測試。Joshua Plotnik是紐約市亨特學院的比較心理學家,他與de

Waal和Reiss共同進行了這項研究。一開始大象被關在一個籠子裡,並且只能看著一塊小鏡子,這時大象沒有通過測試。之後研究人員對測試進行了改進,他們使用了一面更大的鏡子,足以讓大象可以看到自己的全身。他們還讓大象靠近鏡子,這樣它們就能用後腿站著往鏡子後面看,或者跪著往鏡子下面看。

實驗者把鏡子做得足夠大,可以把它們的全身和其他大象放在一起,亞洲象由此首次通過了鏡子測試。圖片來源:Diana Reiss

Plotnik表示,他們還對大象進行了成對測試,這「給它們提供了一個利用同伴作為對比參照的機會」。當大象從鏡子裡看到同伴旁邊還有一頭時,它或許能推斷出鏡中那不認識的大象就是它自己。

這一次,三隻大象中的一隻通過了測試。Plotnik說,研究人員從其他大象身上也獲得了類似的結果,但成果還未發表。

Plotnik說:「你必須嘗試從實驗動物的角度出發。」例如,大象喜歡髒兮兮的,可能不關心自己身上的印記,不會像黑猩猩那樣梳理毛髮。大猩猩會梳理毛髮,但它們討厭與其他對象進行直接的眼神交流。這可能有助於解釋為什麼它們在鏡子測試中沒有像黑猩猩或紅毛猩猩那樣成功。

Plotnik認為未來的實驗應該考慮動物的特定動機和感知。例如,鏡子測試是視覺測試,但大象對嗅覺和聽覺更感興趣。「如果你測試的動物不是視覺敏感型動物,它們沒有通過鏡子測試,這公平嗎?」Plotnik說。

像智人一樣感性,我們努力將自己置於其他物種的視角中。這種理解方式不僅可以幫助我們把握自己在世界上的位置,還可以保護世界。例如,Plotnik說,亞洲象棲息地的缺乏導致了其與人類之間的衝突。他說:「我認為,在有關如何解決這一衝突的辯論中,很多討論都缺少大象一方的視角。」嘗試從鏡子測試中去了解大象的想法,可能有助於二者和平共處。

—END—信息來源:新華網 華義;環球科學ScientificAmerican 甘立翻譯 大家都在看

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