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敲敲“搞笑诺贝尔”这口锅– Part III
spacey 发表于 2008-12-01 21:59:35
2008年Ig Nobel的“认知科学”奖（Cognitive science prize）授予了来自日本北海道大学的Toshiyuki Nakagaki博士等人。他们研究了类变形虫生物走迷宫（Maze-solving by amoeboid organism）的课题。
“Maze-solving by amoeboid organism”
Nakagaki T, Yamada H, and Tóth A.
Nature, 2000, Vol. 407, 470.低等生物走迷宫？证明这些生物有智能？那么这个实验会怎么做呢？也许看它能不能从迷宫的一端走到另一端？或者将它和其他生物进行比较？（比如说老鼠）变形虫怎么走迷宫？想必是粘粘的一团，慢慢地蠕动的……那么这个迷宫不会很大，否则效率太低，而且还不一定走得出来（饿死在迷宫=w=）。就“认知科学”这个题目来看，要确定一个物体是否具有智能，原则上需要什么条件呢？我没学过相关的课程，但现在能想到的是这个生物是否能够针对变化的环境而做出适应，从而继续生存。而更高级的智能也许就是具有更强大的适应能力（如有器官可帮助它快速移动等），以至于到人类使用工具的能力以及进行社会交往的高级智能。回到低等生物走迷宫这个题目，如果说为了取食，这种“阿米巴”生物通过贴着迷宫的墙一点点移动，经历了一些碰撞和反复，最后找到了食物，跟我小时候玩的那种碰到墙就换方向前进的电动玩具车有什么区别呢？显然这种电动玩具车是不算有智能的。由此还想到了著名的图灵实验。不过我们自然无法去问一只变形虫三个问题，以确认其智能 =.= 走得远了……
于是，我开始阅读原文：
Nature杂志将这篇文章归在“智能”（Intelligence）子栏目中，看来跟我的前期推测相符。
作者的研究对象是一种粘菌（slime），学名是Physarum polycephalum（多头绒泡菌），这种类变形虫的细胞生物的存在形式是管状结构组成的树突状网络。在爬过一片琼脂胶体时，这种绒泡菌形状发生变化。当食物处在两个不同位置时，它会伸出伪足（pseudopodia）来连结两处的食物。
作者在本文中证实了这种低等生物具有能找出迷宫中两点间最短距离的能力。
具体方法如下：首先在培养基中取出一定量的绒泡菌。然后将一片塑料胶片（plastic film）切出迷宫样，置于琼脂糖表面，并将菌置于胶片迷宫中。这种能变形的生物会在这个表面上扩张联接，并布满整个迷宫的表面，且不会生长于胶片表面。作者在迷宫的起点和终点放置含有营养素（0.1 mg/g的麦片）的琼脂块，大小约1厘米见方。在起点和终点间只有四条可能的通路：α1、α2、β1和β2。
这种菌的伪足在碰触到迷宫的尽头时，会收缩，从而形成了单条连结着两块营养琼脂块的伪足。这条伪足就是两块间的最短距离。每次实验的最终伪足长度不一，但在α1和α2中，它总是选择α2这条路径（比α1短22%）；而选择β1和β2的次数接近，因为两者距离差仅2%，接近实验本身的测量误差。
投入食物后，伪足的收缩频率会提高，并触发向低频部位扩布的“波”。当其管状结构与其本身周期性的收缩方向相平行或垂直时，管就会分别伸长或萎缩；如此，通过“波”扩布，联接两块食物的最终结构便覆盖了两点间最短距离。
绒泡菌生存的关键是找到最高效的取食路径；在迷宫中它通过伪足的变化最终形成了一条覆盖最短距离的形状。这种令人惊异的细胞计算（cellular computation）提示这种细胞生物具有原始的智能。
这篇文章是Nature的简要通讯论文，短小精要（我几乎译了全文）。结合照片来看，是一个设计精巧且很具说服力的实验。需要注意的是在总共19次实验中，有2次是失败的（没形成伪足），不知道这个失败率在此类实验中是否正常。不晓得这种生物的伪足收缩延伸的分子生物学机制是什么；也许是类似人类神经元的基于放电、冲动传导和神经递质的信息传播过程。由此看来，我们人类能够从如此原始的生物进化到现在这个程度，是多么神奇的事儿！再胡思乱想一会儿：如果这个迷宫是三维的话，会是什么情况呢？（有一点可以肯定：数据的处理统计肯定会复杂n多！）如果这个实验是在太空中做呢？绒泡菌在无重力条件下会生长成什么模样呢？除了迷宫我们还可以用什么实验来证明类似的生物是否具有智能呢？比如说类似条件反射的实验，用光或者用电刺激，来看低等生物是否会形成对应这种刺激的取食习惯？还有，植物的根具有的趋水性是否算是植物智能的体现呢？
曾经的这一天...
- » 2007年: [腐] 隔壁的801
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