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研究发现射水鱼能够识别人脸

2016-07-31 浏览: 350 评论:0

摘要: 环球科学:鱼也能识别人脸 研究显示,一种热带鱼能够识别不同的人脸长相。这是人类首次发现鱼类也具有这种技能。 英国牛津大学(University of Oxford)和澳大利亚昆士兰大学(University of Queensland)的研究者发现,射水鱼可...

环球科学:鱼也能识别人脸

研究显示,一种热带鱼能够识别不同的人脸长相。这是人类首次发现鱼类也具有这种技能。

研究发现射水鱼能够识别人脸

英国牛津大学(University of Oxford)和澳大利亚昆士兰大学(University of Queensland)的研究者发现,射水鱼可以通过学习来识别不同长相的人脸,并能达到极高的准确率。过去,学界普遍认为,要想完成这样惊人的任务,复杂的视觉识别能力是不可或缺的 相关论文刊登在《科学报告》(Scientific Reports)杂志上。

文章的第一作者,来自牛津大学动物学系的Cait Newport博士说到:“识别大量人类面孔的差异是一项极其困难的挑战,主要原因在于所有人类的面庞都是由嘴巴,鼻子和眼睛这些基础特征组成的。要想辨认成功就必须要进一步地识别更细微的面部特征差异。在辨识来自同个家庭的成员时,如果考虑到他们面孔的相似性,那么识别任务将会异常困难。”

“人们猜测,识别面部差异是灵长类动物的专利,因为它们拥有容量极大且功能复杂的脑,人类脑中的一个特殊区域专门用于识别面部特征的细微差异。要验证这种假说,我们需要考察那些脑更小、功能更简单,且在演化过程中没有识别面孔需求的动物,是否仍然具备辨别人脸的能力。”

研究发现,鱼类尽管缺少灵长类动物复杂的视觉皮层,但它们仍然可以从多达45张面孔中成功识别指定面孔。研究证明了鱼类(一种缺乏大脑重要组成部位新皮层的脊椎动物)确实具有令人惊叹的视觉辨别能力。

研究者选用了来自热带的射水鱼作为试验对象,它们通过喷射水柱来捕食空中飞过的美味食物。试验中,研究者向射水鱼展示了两幅人脸图像,并且训练它们用喷水柱来选择特定的一幅。之后,射水鱼将会看到特定图像和其他新的人脸图像,它们居然可以从中正确选择特定图像。当研究员加大试验难度,将人脸图像的一些显著特征,例如头部形状和图像色彩移除后,射水鱼依然可以出色地完成任务。

试验中射水鱼选择的准确率极高。第一个试验(从45幅图像中选择之前看到的特定图像)的正确率高达81%,第二个试验(采用黑白图像)的正确率更是达到了86%。

Newport博士认为:“相比人类,鱼类的大脑要简单得多,而且完全没有人类用于识别面孔的脑部结构。尽管如此,许多鱼类仍然展现出了令人惊讶的视觉行为,并以自身实力证明了简单的头脑照样能挑战复杂的任务。”

“射水鱼是一种来自热带的淡水鱼,它们可以通过嘴部喷射水柱来取食水面树枝上的小昆虫。我们将显示器放置在水族箱外向射水鱼展示人脸图片,并训练它们选择其中一张特定图片,当鱼们掌握了这项技能后,显示器将会重新展示包含这张特定图片在内的一系列新图片来测试鱼的学习结果。”

“在所有的测试中,射水鱼都成功选择了特定的人脸图片,这表示它们同样有辨别人脸区别的能力。当我们升级了挑战难度,把所有图片变成黑白照片,并统一所有照片的头部形状后,射水鱼依旧能成功识别特定图片。

“这个试验结果说明,复杂的人脑结构并非识别人脸的必要条件。人脑的独特结构也许在于可以更快速的处理大量的人脸信息,或者在各种不同的观察条件下有效识别人脸。”

过去人类发现鸟类同样具有人脸识别技能,但与鱼类不同的是,鸟类具有与人类新皮层相似的脑部结构。此外,在鱼类的进化史中也不太可能演化出这项识别技能。

泛科学:魚認得你的臉

当你望著鱼缸,鱼缸裡的鱼也回望著你。而且,它可能认得你。英国牛津大学与澳洲昆士兰大学的研究团队发现经过操控制约(operant conditioning)后,射水鱼(archerfish)辨识人类脸孔的能力高得出奇。

研究发现射水鱼能够识别人脸

分辨脸孔真的很难,很多人认为只有大脑发达且複杂的灵长目才做得到,但后来的研究发现,鸟类办得到,胡蜂办得到,现在就连鱼也办得到。研究的第一作者,牛津大学生物学系研究员凯特˙纽波博士(Dr Cait Newport) 想要知道辨识人类脸孔的能力是先天的,仰赖脑部特化功能,还是后天的,循著生物对一般物件的辨识途径。

因为鱼不会直接跟人接触,也没有跟人类大脑一样的新皮质,所以她选择射水鱼 (Toxotes chatareus) 来作为实验对象。她做了两个实验,第一个实验首先透过条件制约训练,让鱼朝特定脸孔 CS 射水时,可以获得喂食作为奖励,同时也训练鱼「不要朝」脸孔 CS- 射水,一样可以获得奖励。接著研究团队用 44 张其他脸孔来跟 CS- 轮流并列,看看制约之后的四隻射水鱼能否成功辨别脸孔,「不要」朝 CS- 喷水,而是朝并列的另一张陌生脸喷水,结果发现牠们的正确率最高达到 81.5%(±6.364)。

研究发现射水鱼能够识别人脸

(A) 图是在实验1中使用的脸。 (B)图是在实验2中使用的脸。影像都是3D脸孔,来自隐私受保护的个人。所有的脸孔图片由 Max-Planck 中心的生物网路动力学研究室提供。 (C) 图是实验设计的图示。

实验二则是如上图 (B),把光影、颜色、还有头型等线索都去除,但训练跟实验方式都跟实验一一致。结果发现,喷水鱼答对的比例更高了,最高达到 86.25%(±5.50)。

喷水鱼在演化历程中不太可能受到演化压力而得辨识人类脸孔,但依旧可以在去除许多线索之后做出正确判断,显示出脸孔辨识的能力是可以被习得的,就算这种生物的大脑没有新皮质 (neocortex)。

这个实验结果告诉我们什麽呢?有一种鱼可以认得人脸,所以咧?有趣的是,在实验过程中,有的射水鱼学习比较慢,有的则很快。研究团队推论这可能是因为不同的鱼用不同的视觉资讯在辨识,而这也影响了每条鱼在实验时回答(射水)的正确率。

研究推论,更早的生物为了侦测掠食者、择偶、觅食演化出的视觉能力神经迴路后来演化成灵长目的脸孔处理迴路,同时,差异那麽大的脊椎动物(人 vs. 鱼)都可以辨别人脸这件事,或许显示其实我们人类的脸孔并没有什麽特别之处,我们觉得人类自己的脸辨识起来很複杂、对别的动物很困难,可能只是我们自己以为。

射水鱼

 

煎蛋:这些鱼已经进化出识别人脸的能力

我们真的不应该再低估和我们一样生活在这个地球上的生物了。一项新研究发现能认出人脸的动物又多出了一种鱼。该研究被发表在科学报告期刊上。

这些鱼已经进化出识别人脸的能力
面部识别是一项至关重要且复杂的任务。它如此复杂以至于人类在进行这一任务时必须用到一整个大脑。由于它是一个复杂的过程,因此科学家们原本认为我们是唯一能进行人脸识别的动物。后来科学家们发现其它灵长类动物也可以进行这一任务。而能进行这一任务的动物范围依旧在扩大,之前章鱼、蜜蜂和至少四种鸟类可以做到这一点。这已经令人感到奇怪了,毕竟除了鸟类之外,大部分动物都没必要具备这种分辨人类的能力。

鱼也一样。和鸟类、蜜蜂及头足类动物一样,鱼类的心智技巧也或多或少地被我们忽视了。英国和澳大利亚的科学家们决定弄清楚鱼类是否能进行人脸识别任务。

射手鱼似乎非常适合进行这一实验。射手鱼有非同一般的捕猎机巧:它们会在水面附近等待昆虫降落到附近的叶片上,接着对着昆虫喷水,将它击落到水中。

这些鱼已经进化出识别人脸的能力
它们的准头很好,视力也很准,这表明射手鱼有着复杂的心理机能。也因此它们是不错的实验对象,人们可以训练它们朝着特定的物品或者图像吐水。

新研究由训练和实验两部分组成。一开始,研究人员们在一个放着一条射手鱼的鱼缸前立起了一个屏幕。为了了解射手鱼是否能区分两张脸,科学家们在屏幕上展示了两张脸的图像,并试着训练射手鱼对着其中一张脸喷水。很快,射手鱼就学会了对着正确的脸喷水。

接着,研究人员们让同一条射手鱼辨认44张人脸。这次他们的目标是观察这条射手鱼是否依旧能够辨认出它们在训练阶段看到的脸。为了增加难度,研究人员们将人脸全都变成椭圆形的黑白照,这样射手鱼就无法依据脸型和肤色辨认人脸。

这些鱼已经进化出识别人脸的能力
但其实射手鱼根本就不需要根据肤色和脸型来区分人脸。射手鱼在辨认44张脸的时候,其准确率高达百分之八十一。移除掉明显的特征之后射手鱼的表现变得更好,其准确率提升至百分之八十六。

研究的主要作者是牛津大学的动物学家Cait Newport,他说:“鱼类的大脑比人脑简单,它们也不具备人类进行面部识别时用到的大脑区域。射手鱼能学会人脸识别,说明进行人脸识别根本就不需要用到复杂的大脑。”

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