鳥類擁有好頭腦 _動(dòng)物

新的腦部掃描方法成為動(dòng)物認(rèn)知研究中的亮點(diǎn)
面臨不同類型的威脅時(shí) ，例如像紅尾鷹這樣的捕食者或戴著面具的人類，烏鴉會(huì)進(jìn)行相同的凝視，但是背后卻有著不同的大腦處理機(jī)制。美國華盛頓大學(xué)的野生生物學(xué)家John Marzluff率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)日前在英國《皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)B》上發(fā)表了研究報(bào)告。在實(shí)驗(yàn)中，Marzluff和同事使用了正電子發(fā)射斷層掃描（PET）設(shè)備，以捕捉烏鴉在看到不同對象時(shí)腦部的圖像。“我們發(fā)現(xiàn)烏鴉大腦的認(rèn)知非常靈活。”Marzluff稱。
Marzluff強(qiáng)調(diào) ， PET掃描是該領(lǐng)域研究中觀察鳥類大腦的“首次嘗試”，它被譽(yù)為研究鳥類認(rèn)知的強(qiáng)大新工具。“這是鳥類認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的首創(chuàng) 。”新西蘭奧克蘭大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家Russell Gray說，“他們展示了烏鴉的腦部會(huì)進(jìn)行哪些活動(dòng) 。”Gray和其他科學(xué)家希望這種掃描可以刺激這個(gè)已經(jīng)在蓬勃發(fā)展的研究領(lǐng)域。
不過，不是所有的人都因此認(rèn)為腦部掃描會(huì)改變這一領(lǐng)域的現(xiàn)狀。“這種比較行為神經(jīng)科學(xué)絕對是需要的，但并不能代替心智能力的行為測試。”加拿大多倫多大學(xué)的心理學(xué)名譽(yù)教授Sara J. Shettleworth如是說。
【鳥類擁有好頭腦】有羽毛的猿
10年前，研究人員若知道當(dāng)今科學(xué)家會(huì)如此熱衷于研究鳥類大腦，一定會(huì)感到很驚訝。鳥類家族成員曾被視作智力低下，它們被認(rèn)為缺少大腦皮層，即哺乳動(dòng)物大腦中更高認(rèn)知功能發(fā)生的區(qū)域。2004年，一個(gè)由神經(jīng)生物學(xué)家和鳥類學(xué)家組成的國際研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，鳥類擁有大腦結(jié)構(gòu)，其中包括和哺乳動(dòng)物類似的發(fā)達(dá)的前腦。在此之前，比較認(rèn)知研究人員已經(jīng)證明，一些鳥類——尤其是鸚鵡、烏鴉和松雞——的行為方式表現(xiàn)出復(fù)雜的認(rèn)知技能。2004年的報(bào)告“提供了神經(jīng)學(xué)方面的證據(jù) ，可以幫助說服那些持懷疑態(tài)度的人們” 。美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校的比較認(rèn)知學(xué)家Corina Logan如是說，“現(xiàn)在鳥類認(rèn)知研究很熱門” 。
確實(shí)，在過去10年中，該領(lǐng)域方興未艾，產(chǎn)生了大批研究論文。科學(xué)家詳細(xì)研究了烏鴉和松雞復(fù)雜的記憶、烏鴉的工具制造和推理能力以及很多鳥類復(fù)雜的社交能力，特別是鴉科鳥類和鸚鵡。其中對鴉科鳥類的研究最多。“鴉科鳥類的各種行為——從算數(shù)到緩沖，充分展示了它們的靈活和多樣化。”英國劍橋大學(xué)的比較心理學(xué)家Nicola Clayton說。她與倫敦大學(xué)瑪麗女王學(xué)院的Nathan Emery將鴉科鳥類稱為“有羽毛的猿”，因?yàn)檫@些鳥類有著很多和類人猿相同的本領(lǐng)——從工具制造到社交。在一些試圖發(fā)現(xiàn)其所擁有的識(shí)別對方意圖能力的測試中，一些鴉科鳥類的表現(xiàn)甚至超過了類人猿。
然而，不是所有人都相信鳥類擁有先進(jìn)認(rèn)知的說法。一些研究人員稱，那些行為可以被解釋為諸如聯(lián)想學(xué)習(xí)等的簡單認(rèn)知過程。雙方研究人員的爭論此起彼伏。荷蘭格羅寧根大學(xué)的理論生物學(xué)家Elske van der Vaart說：“一方的研究人員認(rèn)為找到了一種動(dòng)物擁有新的心智能力，而另一方會(huì)說證據(jù)尚未足夠。”
為什么鳥類有可能發(fā)展出豐富的心智能力？奧地利維也納大學(xué)的認(rèn)知心理學(xué)家Thomas Bugnyar表示，這可能是復(fù)雜社交生活的結(jié)果——與靈長類動(dòng)物認(rèn)知進(jìn)化背后驅(qū)動(dòng)力的理論相同。“我們試圖了解社交智能假說如何適用于非哺乳類動(dòng)物，尤其是鴉科鳥類。”Bugnyar說。最近他在《比較認(rèn)知與行為評價(jià)》雜志上發(fā)表了其團(tuán)隊(duì)研究的總結(jié) 。比如，美國烏鴉擁有復(fù)雜的社交生活，這可能會(huì)塑造其進(jìn)化：它們有終身伴侶和大家族，通過復(fù)雜的聲音交流，在大型社會(huì)團(tuán)體中飛行、覓食和棲息。如果相同的社交壓力驅(qū)使鳥類和靈長類動(dòng)物的認(rèn)知能力形成，那么這將是趨同進(jìn)化的驚人實(shí)例。
鳥類行為物理學(xué)
試圖探索鳥類行為背后機(jī)制的行為實(shí)驗(yàn)通常非常復(fù)雜。很多實(shí)驗(yàn)測試了鳥類為得到食物而使用和制作工具、操作物體。研究人員稱，這些實(shí)驗(yàn)提供了動(dòng)物擁有“樸素物理學(xué)”的線索——它們對機(jī)械世界如何認(rèn)知。“物理任務(wù)很吸引人，因?yàn)樗鼈兏赡芙沂緞?dòng)物精確的認(rèn)知操作如何解決難題。”英國牛津大學(xué)的行為生態(tài)學(xué)家Alex Kacelnik說。
去年，維也納大學(xué)的Alice Auersperg帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，一只戈芬氏鳳頭鸚鵡Figaro可以自己發(fā)明、制作并修改工具。這只鳥從地板上撿起一根樹枝，去掉邊杈，裁成適當(dāng)?shù)拈L度，并用其將一個(gè)螺母耙進(jìn)了籠子。這聽起來像是一個(gè)戲劇性的、自發(fā)的發(fā)明。但是，F(xiàn)igaro是否在腦中有一個(gè)完成的耙子圖像，并采取這些步驟來實(shí)現(xiàn)這一過程呢？如果是這樣，還沒有人可以證實(shí) 。鳥類可能是在一系列探索性步驟中進(jìn)行學(xué)習(xí) 。
日前，該研究團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)公共圖書館—綜合》上發(fā)表報(bào)告稱，實(shí)驗(yàn)中其他的鸚鵡為得到食物可以學(xué)習(xí)打開5個(gè)鎖，表明鳥類可以在沒有額外獎(jiǎng)勵(lì)的情況下學(xué)習(xí)連續(xù)操作步驟。當(dāng)這些鎖用不同的次序呈現(xiàn)時(shí)，鸚鵡也能成功開鎖，表明它們可以獨(dú)立思考每個(gè)步驟。“這是一種棘輪裝置——包含很多小步驟——可以引領(lǐng)其得到一個(gè)解決方案。”Kacelnik稱。
新西蘭奧克蘭大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家Alex Taylor稱，這一實(shí)驗(yàn)展示了鳥類的逐步進(jìn)化，但鳥類制作工具和操作物體行為背后的機(jī)制仍然是一個(gè)謎。“這些表現(xiàn)令人印象深刻，但是很難準(zhǔn)確了解其認(rèn)知的用途以及鳥類的大腦中進(jìn)行著什么。”
新蘇格蘭烏鴉包括烏鴉、非洲灰鸚鵡和食肉鸚鵡，它們可以得到籠子較遠(yuǎn)處的一根垂直繩子上系的食物。這些鳥都是用了相同的方法：它們用喙拉起繩子，然后用腳踩住，使其喙可以拉起更多的繩子，直到夠到食物。不過，它們做這些動(dòng)作時(shí)，腦子里在想什么呢？一些人認(rèn)為，這些小鳥腦中想象到重復(fù)拉繩子的結(jié)果——可以得到食物，因此會(huì)朝著最終目標(biāo)進(jìn)行工作。但是另一些人認(rèn)為，小鳥可能只是簡單地進(jìn)行反饋循環(huán) 。
在2012年發(fā)表于英國《皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)B》上的論文中，Taylor通過輕微改變11只野生新蘇格蘭烏鴉的設(shè)置，對這兩種假說進(jìn)行了測試。他將兩個(gè)獨(dú)立的繩圈放在桌子上，每根繩子末端都系有肉，不過其中一根繩子是斷開的，如果小鳥拉動(dòng)它，末端的肉不會(huì)移動(dòng) 。大多數(shù)小鳥會(huì)拉動(dòng)那根連續(xù)的繩子，但只有一只持續(xù)拉動(dòng)得到了食物。其他小鳥在拉動(dòng)幾下后就停止了，或者根本就沒有拉動(dòng) 。Taylor認(rèn)為，至少在這個(gè)試驗(yàn)中，小鳥是對每一步作出反應(yīng) ，而不是想象出最終的結(jié)果。
烏鴉的頭腦
這些解釋的差異正是科學(xué)家對研究鳥類大腦感到興奮的原因。Marzluff已經(jīng)得知，烏鴉非常細(xì)心且有良好的記憶力。它們在看到另一只烏鴉的尸體后，會(huì)發(fā)出叫聲并聚集起來，它們也不會(huì)忘記曾經(jīng)威脅過自己的人的樣子。2010年，Marzluff曾在《動(dòng)物行為學(xué)》雜志上發(fā)表過相關(guān)報(bào)告。2006年，他和學(xué)生戴著野人面具在校園中捕捉了7只烏鴉，進(jìn)行標(biāo)記后將其釋放。之后，當(dāng)研究人員再次戴上面具在校園里走動(dòng)時(shí) ，帶有標(biāo)記的烏鴉便會(huì)向其大叫，但對戴著迪克·切尼面具的人卻沒有反應(yīng) 。這一天，只要Marzluff戴上面具，校園中的烏鴉（即使那些沒被捕捉過的烏鴉）都會(huì)反復(fù)襲擊他。
去年，在發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》上的一項(xiàng)研究中，Murzluff第一次使用其腦部掃描技術(shù)，在烏鴉看到并記住戴面具的樣子時(shí)檢查其神經(jīng)回路。目前，新研究顯示，烏鴉看到天敵時(shí)和記憶以前從未見過的有威脅的人的樣子時(shí)的大腦活躍部分是不同的。該方法“會(huì)大大改善我們對動(dòng)物如何接觸、說明和內(nèi)化信息的理解” 。澳大利亞國立大學(xué)的行為生態(tài)學(xué)家Teresa Iglesias如是說。
“這是技術(shù)上和概念上的突破。”美國北卡羅來納州杜克大學(xué)的神經(jīng)解剖學(xué)家Erich Jarvis說。但他提醒，Marzluff的團(tuán)隊(duì)可能“過快地用純粹的認(rèn)知內(nèi)容來解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果” 。一些基本的大腦功能——感覺處理和神經(jīng)激活——也可以解釋掃描中的一些差異。
即使第一次使用該方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不十分可靠，但Gray、Logan和其他研究人員還是感到很興奮。Taylor和Gray希望使用Marzluff的技術(shù)進(jìn)行拉繩實(shí)驗(yàn)，來了解小鳥大腦的哪些部分與其有關(guān) 。當(dāng)然，有一些事情人們永遠(yuǎn)不會(huì)了解，比如這些烏鴉對于在Marzluff的實(shí)驗(yàn)室生活兩周是怎么想的。（中國科學(xué)報(bào) 張冬冬）