新研究表明,乌鸦的“计数”能力与幼儿相似

这是科学家首次在人类之外的物种身上观察到这种能力。
Carrion crow (Corvus corone) perched on wooden fence post and calling. (Photo by: Sven-Erik Arndt/Arterra/Universal Images Group via Getty Images)
这项对食腐鸦的新研究首次明确表明,除人类外,其他物种也能将自主发声与对数量的理解联系起来。 Sven-Erik Arndt/Arterra/Universal Images Group 供图

在幼儿掌握象征性计数——例如“一”代表一个物体,“二”代表两倍——之前,他们会 经历一个言语点数的发育阶段。在这个阶段,当被问及三堆苹果中有多少时,一个小孩可能会说“一,一,一”或“一,二,三”或“苹果,苹果,苹果”,这是一种原始计数的形式。他们理解有三个苹果,但尚未具备用抽象的“三”来表达的能力。


受此启发,德国图宾根大学神经生物学家、博士后研究员 Diana Liao 决定提出一个显而易见的问题:乌鸦也能做到吗?剧透一下:根据 5 月 23 日发表在《科学》杂志上的一项 开创性研究,它们确实可以。根据这项新研究,食腐鸦能够控制它们的叫声,并将叫声的数量与一个提示联系起来,这是一种原始计数的形式。

这项研究增加了鸦科鸟类(包括乌鸦、渡鸦、喜鹊和松鸦)所拥有的 日益增长的认知能力清单。这项新研究也有助于探索人类数学能力的进化起源。通过研究其他动物的能力和局限性,科学家们可以更好地了解我们自身的数字能力从何而来。

“这是一项非常棒的研究,”未参与这项乌鸦研究的卡内基梅隆大学心理学教授、研究数量推理的 Jessica Cantlon 告诉《Popular Science》。她解释说:“在人类身上,发声系统与我们进行数学运算的大脑之间的联系是我们数字感知能力的关键部分。“当你开始使用发声来代表现实世界中的事物时,它会改变你的思考方式……这[就是]计数在人类发展和进化过程中出现的方式。” Cantlon 补充道,“目前还不清楚是否有其他动物能够做到这一点”——直到现在。

之前的研究——通常涉及啄食、按按钮、食物选择、屏幕点击、头部运动或手语——已经证明,乌鸦、黑猩猩、猴子、鹦鹉、大鼠、蜜蜂、鸡等动物确实具备一定程度的数量推理能力,包括 区分 不同数量的事物、进行 基本算术,甚至极少数情况下 概念化零。但人类的发声控制水平在动物界是独一无二的。Cantlon 说,即使是其他灵长类动物“也很难发出人类语言式的声音。“我认为人们已经放弃尝试让灵长类动物在数量推理任务中[发出声音]了。”

乌鸦只是众多会发声的物种之一,它们为自然界增添了“嘎嘎”的喧嚣。然而,Liao 解释说,与人类不同,科学家们认为大多数动物的叫声是非自主的、本能的——它们在出生时就被编码,并由外部环境线索触发。例如,对山雀的研究表明,当存在更大的捕食者时,这些鸟会在警报叫声中增加更多的“dee”音节——但这并不一定意味着这些鸣禽真的在用它们的叫声衡量捕食者的大小。相反,可能性是“dee”的数量对应于捕食者存在引起的激动程度,而更大的威胁则更令人警惕。Liao 希望在一个更受控的环境中深入研究这一现象,在那里,人工实验室设置将使她和她的同事能够消除本能恐惧和激动情绪的作用。

这项对食腐鸦的新研究首次明确表明,除人类外,其他物种也能将自主发声与对数量的理解联系起来。意大利特伦托大学神经科学家 Girogio Vallortigara(他在斑马鱼和新生雏鸡的数字能力方面有发表文章)说,记录叫声“不像数啄食的次数”。相反,追踪发声“涉及时序……并且需要广泛的记忆和规划,”他解释说。“这无疑是一项高级认知能力。”

为了证明这些鸦科鸟类有何能力,Liao 和她的合著者训练了三只食腐鸦,让它们将彩色的阿拉伯数字(1、2、3 和 4)和中性听觉提示(即与任何自然威胁或猎物无关的声音)与一系列相应的、灵活的发声联系起来。Liao 说,这个过程花费了一年多的时间,大部分是通过反复试验完成的。研究人员会向每只乌鸦在屏幕上显示一个数字或播放一个预先录制的声音,然后如果乌鸦发出了相应的叫声次数,就会奖励它们食物。

训练完成后,乌鸦在重复的单到两小时的会话中接受测试。每只乌鸦被安置在屏幕前,通过啄击目标来启动试验。然后,屏幕上会出现一个数字作为回应,或者播放一个音频提示。乌鸦会发出叫声作为回应,然后啄击屏幕上的“输入键”来表示它们的回答结束。如果叫声的数量与数字提示正确对应,乌鸦将获得美味的餐虫或鸟食颗粒作为奖励。

在各自的 20 次会话中,所有三只乌鸦都表明,它们发出叫声与提示的匹配率远高于随机水平。大多数时候,乌鸦都做对了——在回应数字“一”时准确率达到 100%,对数字“二”准确率超过 60%,对数字“三”超过 50%,对数字“四”准确率约为 40%。利用计算机分析工具,研究人员进一步发现,一系列叫声中的第一个叫声差异显著,这取决于后续要发出的叫声数量——这表明乌鸦从第一个叫声就开始规划它们的反应和叫声数量。最后,研究人员评估了乌鸦出错的试验,发现错误分为两类:结巴(乌鸦重复一个叫声)和跳过(乌鸦漏掉一个叫声)——这表明当乌鸦出错时,它们通常最初有一个正确的计划,然后有时在过程中就丢失了。

总而言之,它们的实验表明,食腐鸦具有高度发达的能力,可以根据任意提示发出或抑制发声——像幼儿一样大声地计数。

然而,这项研究也存在一些局限性。Liao 说,作者没有直接测量激动程度,因此它可能仍然是影响鸟类反应的一个因素。Cantlon 说,鸟类可能是在追踪叫声的持续时间,而不是离散的音节。如果是这样,它们可能实际上不具备理解一个叫声与数量之间的“一对一”关联的能力,而可能只是将一段时间与刺激联系起来。需要进一步研究才能确定。

Liao 计划进行额外的实验,探索乌鸦在野外如何使用叫声数量,并希望研究支持这种新发现能力的底层大脑系统。“鸟类谱系早在 3 亿多年前就与灵长类谱系分化了。我们进化出了截然不同的大脑结构。看到不同的大脑产生相似的行为将非常有趣。”

长远来看,我们从乌鸦身上学到的东西可以帮助我们更好地理解自己。Cantlon 说,数学是人类认知的一个“决定性特征”,但“并不是说我们发明了完全独特Thus 思考方式。”“关于人类的一切都有一个背景故事,这是我们可以在现代物种身上观察到的。如果我们观察进化树的不同分支,就可以开始追溯我们自己思维的历史。”

 

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劳伦·勒弗

撰稿人

劳伦·勒弗是一位常驻纽约布鲁克林的科学、技术和环境记者。她撰写了许多主题,包括人工智能、气候和奇异的生物学,因为她好奇心极重。当她不写作时,她大概在徒步旅行。

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