狐猴說：認知算法可以壓縮，感光系統必須原裝

2020-12-21 木木西裡

人類和非人類的靈長類動物是動物界最聰明的生物。此前人們一般認為較大的大腦可以加快學習速度，提高記憶能力。然而，在靈長類動物中，不同物種的大腦大小相差可達200倍。那麼這種差異是否會帶來認知能力和其他能力上的差異呢？


來自德國的萊布尼茲靈長類動物研究所的研究小組系統地研究了狐猴的認知能力。這種動物的大腦明顯小於其他靈長類。用標準方法進行系統的測試表明，狐猴的認知能力與獼猴、大猿幾乎沒有區別。研究人員使用一種標準化的靈長類認知測驗（Primate Cognition Test Battery，簡稱PCTB），實驗包括物理和社會領域。物理領域的認知技能包括對無生命物體之間的空間、數字和因果關係的理解，而社會領域的認知技能則側重有意的行為，感知以及對其他生物的理解。


環尾狐猴


狐猴是最基礎的活靈長類動物，代表了靈長類動物與其他哺乳動物之間的進化聯繫，它們可以作為靈長類動物認知能力起源的研究模型。研究人員測試了環尾狐猴，黑白狐猴和鼠狐猴，它們的社交系統，飲食和大腦大小各不相同，而且彼此之間也存在差異。結果表明，儘管狐猴的大腦較小，但在PCTB的測試中，它們的平均認知表現與其他靈長類動物的表現並沒有根本性的不同。甚至體型最小的鼠狐猴來說也是如此，它們的大腦比黑猩猩和猩猩小200倍。在有關空間推理的測試中，黑猩猩等大腦更大的物種表現稍好，然而對於因果關係和數值關係的理解以及對社會領域的檢驗，都沒有發現明顯的差異。


作者：Katja Rudolph

環尾狐猴能記得獎品藏在哪個杯子下面嗎？


研究人員認為PCTB實驗的結果無法用食物來源、社會系統或大腦大小來解釋，唯一能確定的是認知能力和大腦重量沒有確定的關係。類似的現象在其他物種中也能看到：海豚很聰明，它的大腦重量超過1公斤，而同樣很聰明的渡鴉，大腦只有幾十克重。狐猴用小的多的大腦實現了大致相同的認知能力，是否意味著所有的相關組織結構都被等比例的壓縮了呢？顯然事情沒有這麼簡單。


日內瓦大學的科學家與德國馬克斯普朗克研究所及巴黎國家自然歷史博物館合作在《當代生物學》雜誌上發表了一項研究，科學家們將鼠狐猴的視覺系統與其他靈長類動物的視覺系統進行了比較，發現所有靈長類動物的這些視覺處理單元的大小都是相同的，與它們的體型無關——視覺系統沒有被壓縮？


與齧齒動物等其他哺乳動物不同，靈長類生物的視覺信息是由位於視覺皮層的小型專用計算單元處理的。通過向狐猴呈現代表不同方向線條的幾何圖形，並對視覺刺激作出反應的神經元活動進行成像。這種測量的重複性逐漸使他們能夠確定處理表單信息的最小單元的大小。結果出來之前，研究人員猜測會看到一個微小的單位，與狐猴的嬌小體型成比例，但數據顯示它們的直徑超過半毫米。把這個數據與其他大型靈長類動物的視覺迴路所獲得的數據進行比較，研究小組有了一個令人驚訝的發現：60克重的鼠狐猴的基本處理單元大小與7公斤的獼猴差不多，甚至與人類也差不多。



他們還發現，這些單位在大腦中的排列方式是極其相似的，遵循同樣的規則和數學上的精確性。研究人員還發現，迄今為止研究的所有靈長類動物中，每個視覺單位的神經細胞數量幾乎相同。馬克斯·普朗克物理學家弗雷德·沃爾夫十年前曾指出，普遍的數學原理可能會主導視覺系統的進化，但他仍然對不變性的程度感到驚訝：「5500萬年的分離在不同的大陸上是一條很長的進化之路。我本以為在這些神經模塊中，物種之間應該是一般相似性和特徵差異的混合體。但事實很簡單：要把它們區分開來幾乎是不可能的。」


這些結果因此提供了靈長類視覺起源的見解。首先，這個單位保存得如此完好這一事實表明，它可能在靈長類動物歷史上很早就進化出來了，這表明我們靈長類祖先從一開始就具有與我們相似的視覺能力。其次，這一發現揭示了視覺系統的這一部分不能被壓縮或微型化。因此，似乎需要固定數量的神經元來確保其最佳功能。」日內瓦大學的神經科學家說：「對於像鼠狐猴這樣視力很好的小型靈長類動物來說，與它們整個大腦的大小相比，視覺系統必須相對較大，以容納足夠數量的視覺處理單元。」。事實上，這隻狐猴大腦皮層的五分之一以上是用來處理視覺信息的。相比之下，與視覺有關的神經迴路僅佔人腦的3%。換句話說，認知能力所需存儲空間很小，而鏡頭和感光系統的硬體則必須適應可見光的最低要求？


馬達加斯加島同非洲大陸分離的歷史非常久遠，而靈長類一般認為起源於5500萬年前，也就是說，狐猴作為一種獨特的靈長類一直獨自生存，和其他地方同屬靈長類的近親從未謀面。但是通過上述研究人們可以發現靈長類這個大家族分居這麼多年，大腦功能還這麼相似，這比彼此變得面目全非更加令人奇怪：五千多萬年都不怎麼進化了嗎？那當初又是如何從別的物種進化成更聰明的靈長類的呢？


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內容來源：知社學術圈

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