知乎日报:鱼会数数吗?

  鱼能分辨不同数量么?

  LY要早睡早起,心理单身狗,擅长领域:重庆话

  下面这张图,你能一眼看出来哪边多么?

知乎日报:鱼会数数吗?

  图 1 小数量的比较.

  那这一张呢?

知乎日报:鱼会数数吗?

  图 2 大数量的比较.

  似乎这就要仔细数数才知道哪边多了……

  数量比较的能力是数认知的一种基本能力,在人类婴儿、灵长类以及很多哺乳类和鸟类身上都有发现。

  具体内容,请参见 @东华君 的《数能力》专题

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  那么,看起来更低级一些动物呢?比如说,鱼。鱼会知道两堆东西哪边更多么?

  Agrillo 等人做过一系列的研究来考察鱼的数量比较能力[1-5],以下介绍其中一个研究[1]。

  已有的研究发现,当一条食蚊鱼被放到一个新环境时,它会自发选择加入到数量更大的那一群鱼中[6],并且,雌性食蚊鱼是高度社会化的,它们会自发形成大小不同的鱼群(从 2 只到 20 只,甚至更多)。

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  图 3 食蚊鱼的沉思.

  利用雌性食蚊鱼的这一特性,研究者们设计了下图的装置来探究食蚊鱼的数量辨别能力(该研究中使用的食蚊鱼均为雌性)。

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  图 4 实验装置图[1].

  实验装置为三个紧邻的玻璃缸,左右两边的玻璃缸中放不同数量的鱼作为呈现刺激(刺激鱼),一边多,一边少,中间的缸里放接受测试的鱼(受试鱼)。三个鱼缸都用绿色的纸包起来,防止鱼看到外面的东西。

  刺激鱼会在实验开始前 10 分钟进入到相应的鱼缸中,实验开始后,将受试鱼放入中间鱼缸的中央,用摄像机记录它在接下来 20 分钟内的行为,实验人员观看视频并且记录受试鱼在 C、D 区域分别呆的时间,计算它呆在较多鱼的那一侧的时间所占的比例。如果这个比例显著高于 0.5,则说明受试鱼在更大那一群鱼的附近呆的时间更长,也就是说,它们区分出了哪一群鱼数量更多。

  实验一考察食蚊鱼区分相邻数量的关系,也就是说,受试鱼面对的这两群刺激鱼的数量只相差 1。结果发现,食蚊鱼区分相邻数量的极限是 4,它们可以成功区分 1 和 2、2 和 3、3 和 4,但是数量更大时就不行了(图 5)。

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  图 5 实验一结果[1].

  实验二考察食蚊鱼区分不同比例的大数(≥4)的能力。在这个实验中,两群刺激鱼的数量比从 2:5 增加到 4:5(本实验中的 4:5 是利用了实验一的数据)。结果发现,食蚊鱼只能成功区分 1:2 或更小的比例,如 2:5(图 6 a)。

  实验三考察食蚊鱼区分特别大的数量的能力,选用的刺激鱼数量为 8vs16(1:2)和 8vs12(3:4)。结果发现,它们可以成功区分 8 和 16,但是 8 和 12 却不行(图 6 b)。

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  图 6 实验二、实验三结果[1].

  考虑到数量辨别会受到一些连续变量的影响,比如表面积、密度、运动等影响,在实验四和实验五中,研究者分别控制了鱼的总面积和鱼的运动情况。实验四中,通过选择大小不同的鱼来控制面积:数量大的群体用小一点的鱼,数量少的群体用大一点的鱼。结果发现,控制面积后,原本能区分的 2vs3 和 4vs8 都不能区分了(图 7 a)。那么食蚊鱼是否只是更倾向于选择个体大的同类呢?并不是。研究者让食蚊鱼在一条个体较大的鱼和一条个体较小的鱼之间选择,发现两者并没有显著差异。实验五中,通过不同的水温来控制鱼的总体运动水平。水温每升高 10℃,食蚊鱼的运动水平差不多会变成之前的两倍。结果发现,控制运动后,食蚊鱼还能区分 2 和 3,但是不能区分 4 和 8(图 7 b)。同样,研究者也让食蚊鱼在一条处于高温中的鱼和一条处于低温中的鱼之间进行选择,并没有显著差异,食蚊鱼对鱼的运动快慢没有偏好。

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  图 7 实验四、实验五结果[1].

  这个研究说明,食蚊鱼在某些情况下表现出的比较数量多少的能力可能只是其比较两个鱼群的表面积大小的能力,而不是真正的数能力。它们区分相邻数量的极限是 4,更大就不能区分了。这一点和很多其他物种相似,比如猴子。在区分大数时,比例就显得很重要了,食蚊鱼可以区分 1:2 或者更小的比例(4vs8, 4vs10, 8vs16)。这一发现也和人类婴儿中的实验结果类似,6 个月大的婴儿可以区分 8vs16,却无法区分 8vs12,但是随着婴儿的发展,他们的数量辨别能力也会逐渐发展。该研究的另一个发现则是,食蚊鱼会利用一些非数量表征(比如表面积、运动)来进行选择。

  测量鱼类数能力的方法有很多种[5],除了利用食蚊鱼的自发选择,也可以通过训练食蚊鱼比较几何图形的数量[2,3]。此外,在其他鱼类区分数量的能力也不容小觑,虽然鱼辨别数量的能力不如大学生,但是二者对数量的表征是类似的,并且表现出相似的数量决策系统[4]。

  参考文献:

  [1] Agrillo, C., Dadda, M., Serena, G., & Bisazza, A. (2008). Do fish count? Spontaneous discrimination of quantity in female mosquitofish. Animal cognition, 11(3), 495-503.

  [2] Agrillo, C., Dadda, M., Serena, G., & Bisazza, A. (2009). Use of number by fish. PloS one, 4(3), e4786.

  [3] Agrillo, C., Piffer, L., & Bisazza, A. (2011). Number versus continuous quantity in numerosity judgments by fish. Cognition, 119(2), 281-287.

  [4] Miletto Petrazzini, M. E., Agrillo, C., Izard, V., & Bisazza, A. (2016). Do humans (Homo sapiens) and fish (Pterophyllum scalare) make similar numerosity judgments?. Journal of Comparative Psychology, 130(4), 380.

  [5] Agrillo, C., Petrazzini, M. E. M., & Bisazza, A. (2017). Numerical abilities in fish: A methodological review. Behavioural Processes.

  [6] Hager, M. C., & Helfman, G. S. (1991). Safety in numbers: shoal size choice by minnows under predatory threat. Behavioral Ecology and Sociobiology, 29(4), 271-276.

  最后,感谢@东华君、@具身思考、@yue li前辈的指导和帮助

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