乌贼眼里的世界
刚才我们讨论的只是乌贼变色的一半过程——它的大脑是如何控制皮肤的,但是乌贼要想通过变色来隐藏在环境里,首先它要看到环境是什么样的,然后才能根据环境的样子变身。
我们可以先想一下,人类的眼睛是如何把一个物体从它的背景里识别出来的呢?我们的大脑会对看到的图像进行加工,然后提取出一些重要的视觉信息,比如说颜色、亮度、纹理、颗粒度等等。如果从某一个区域提取出的这些视觉信息和周围的背景不一致,我们就会把这个区域识别成一个和背景不同的物体。
而乌贼想要骗过我们的眼睛,首先要做的同样也是先提取出那些我们的大脑特别在意的视觉信息,然后它要反其道而行之,使用这些视觉信息在它自己的身上生成一个图案。
所以乌贼不需要完全复刻背景的图案,它只需要重现那些我们的大脑特别在意的关键信息,我们就会被它迷惑了。从某种意义上来说,乌贼比我们更加了解我们的视觉系统,研究它们的视觉也可以帮助我们理解人类的视觉。
而且除了人类之外,绝大部分动物不会告诉你它看到了什么,因为它不会说话,你可能永远无法知道动物眼里的世界和我们眼里的世界有什么不同。
但是因为乌贼要变色来融入环境里,所以它看到的世界是什么样,它就会变成什么样,它心中的所思所想非常诚实地实时显示在它的身体上,这就给了我们一个极其难得的机会,可以去窥探动物的内心世界。
那么我们要怎么研究乌贼的视觉呢?我们做了一个简单的实验,来了解乌贼对大小的判断。我们给乌贼看这个黑白格子,当乌贼看到这个背景的方格大小接近于它身上可以变出的那个方格大小的时候,它就会在身上变出一个白色方格。
然后我们给乌贼看各种大小不同的方格,如果它觉得格子太大或者太小,它都不会在身上变出方格。
然后我们就想问,它会在什么时候决定变还是不变呢?于是我们就给它看了一系列差别更小的黑白格子。现在从左到右,背景里的黑白格子是依次变小的,但我们给它看的时候这个顺序是打乱的。
在三次不同的实验里,你会发现乌贼的反应非常神奇,它永远是在中间红线的这个点决定是否要变出白色方格。
但是如果对比中线的左边和右边,我们会发现背景里黑白格子的大小,它们的差别其实非常非常微妙,我几乎看不出来区别,
但是乌贼就可以,而且它还觉得这个区别事关重大。通过这样的实验,我们或许就可以理解更多乌贼关于这个世界的看法。
最终我们想知道,乌贼的大脑如何从看到的图像中识别出关键的信息,然后用这个关键的信息在皮肤上生成一个对应的图像。这个过程在理论上就有点像深度学习领域经常用的一个叫自动编码器的人工神经网络,可以用来从复杂的数据里提取出关键的信息,比如从有很多噪点的图像中识别出数字来。
现有的AI算法通常需要大规模的数据训练,但乌贼一出生就可以完美地变色,它不需要经过学习,所以我们猜测它们肯定有一些我们还不知道的办法,可以来实现这些功能。因此研究乌贼的大脑或许可以帮我们改进现有的AI算法。
将来当我们最终理解了乌贼和章鱼如何变色,或许我们就可以造出让人隐身的光学迷彩,
或者我们可以造出《终结者2》里面的反派——可以随意改变外形的液态金属机器人(这个其实是我的童年阴影)
或者甚至可以获得像《X战警》里面的这种可以随意变脸的超能力。
今天我们谈到了乌贼和章鱼千变万化的行为,但最后我还想让大家再来看看这张图。
章鱼和乌贼只是这个庞大世界里很小的一角,在生物进化树上还有千千万万种神奇的生物,在各自的角落里过着我们难以想象的丰富多彩的生活。
我们研究的领域叫做神经动物行为学,这个领域里有很多重要的发现,都是来自于研究不同动物的特异功能,比如说研究蝙蝠如何用回声定位,研究小鸟如何学习唱歌,研究会放电的鱼如何用电波进行交流,研究蚂蚁如何建立起社会分工,等等等等。
我希望未来有更多的人可以不仅仅是关心和研究与人类有关的问题,有更多的人可以走向更广阔的世界,去拥抱这个世界的多样性,去感受研究不同生物所带来的惊喜。
谢谢大家。
【参考文献】 [1] Brown, Culum, Martin P. Garwood, and Jane E. Williamson. "It pays to cheat: tactical deception in a cephalopod social signalling system." Biology letters 8.5 (2012): 729-732. [2] How, Martin J., et al. "Dynamic skin patterns in cephalopods." Frontiers in physiology 8 (2017): 393. [3] Fiorito, Graziano, and Pietro Scotto. "Observational learning in Octopus vulgaris." Science 256.5056 (1992): 545-547. [4] Reiter, Sam, et al. "Elucidating the control and development of skin patterning in cuttlefish." Nature 562.7727 (2018): 361-366. [5] Norman, Mark D., Julian Finn, and Tom Tregenza. "Dynamic mimicry in an Indo–Malayan octopus." Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences 268.1478 (2001): 1755-1758.
|