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魚認得你的臉

2016/06/07 | |

當你望著魚缸,魚缸裡的魚也回望著你。而且,它可能認得你。英國牛津大學與澳洲昆士蘭大學的研究團隊發現經過操控制約(operant conditioning)後,射水魚(archerfish)辨識人類臉孔的能力高得出奇。

螢幕快照 2016-06-07 下午5.50.17

截圖來自實驗影片

分辨臉孔真的很難,很多人認為只有大腦發達且複雜的靈長目才做得到,但後來的研究發現,鳥類辦得到,胡蜂辦得到,現在就連魚也辦得到。研究的第一作者,牛津大學生物學系研究員凱特˙紐波博士(Dr Cait Newport) 想要知道辨識人類臉孔的能力是先天的,仰賴腦部特化功能,還是後天的,循著生物對一般物件的辨識途徑。

因為魚不會直接跟人接觸,也沒有跟人類大腦一樣的新皮質,所以她選擇射水魚 (Toxotes chatareus) 來作為實驗對象。她做了兩個實驗,第一個實驗首先透過條件制約訓練,讓魚朝特定臉孔 CS+ 射水時,可以獲得餵食作為獎勵,同時也訓練魚「不要朝」臉孔 CS- 射水,一樣可以獲得獎勵。接著研究團隊用 44 張其他臉孔來跟 CS- 輪流並列,看看制約之後的四隻射水魚能否成功辨別臉孔,「不要」朝 CS- 噴水,而是朝並列的另一張陌生臉噴水,結果發現牠們的正確率最高達到 81.5%(± 6.364)。

Examples of face images representative of those used in Experiment 1 (A) and Experiment 2 (B). Images shown are 3D morphs of several faces to protect the privacy of specific individuals. All face images were provided by the Max-Planck Institute for Biological Cybernetics in Tübingen, Germany. (C) Illustration of the experimental setup.

(A) 圖是在實驗1中使用的臉。 (B)圖是在實驗2中使用的臉。影像都是3D臉孔,來自隱私受保護的個人。所有的臉孔圖片由 Max-Planck 中心的生物網路動力學研究室提供。 (C) 圖是實驗設計的圖示。

實驗二則是如上圖 (B),把光影、顏色、還有頭型等線索都去除,但訓練跟實驗方式都跟實驗一一致。結果發現,噴水魚答對的比例更高了,最高達到 86.25%(± 5.50)。

噴水魚在演化歷程中不太可能受到演化壓力而得辨識人類臉孔,但依舊可以在去除許多線索之後做出正確判斷,顯示出臉孔辨識的能力是可以被習得的,就算這種生物的大腦沒有新皮質 (neocortex)。

這個實驗結果告訴我們什麼呢?有一種魚可以認得人臉,所以咧?有趣的是,在實驗過程中,有的射水魚學習比較慢,有的則很快。研究團隊推論這可能是因為不同的魚用不同的視覺資訊在辨識,而這也影響了每條魚在實驗時回答(射水)的正確率。

研究推論,更早的生物為了偵測掠食者、擇偶、覓食演化出的視覺能力神經迴路後來演化成靈長目的臉孔處理迴路,同時,差異那麼大的脊椎動物(人 vs. 魚)都可以辨別人臉這件事,或許顯示其實我們人類的臉孔並沒有什麼特別之處,我們覺得人類自己的臉辨識起來很複雜、對別的動物很困難,可能只是我們自己以為。

研究出處:
Discrimination of human faces by archerfish (Toxotes chatareus), Scientific Reports, DOI: 10.1038/srep27523

關於作者

鄭國威

小時候是那種很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。關心台灣的傳播環境跟媒體品質,現在是PanSci 泛科學網的總編輯。如果你想成為PanSci的專欄作者或是志願編譯,也可以跟我聯絡。kuowei@panmedia.asia