[发明专利]一种检测熊蜂能否独立自发解决操作问题的试验方法及装置

说明书

本发明涉及一种检测熊蜂能否独立自发解决操作问题的试验方法及装置，属于昆虫智力测试领域。本发明通过对熊蜂进行场景适应、拉绳难题测试以及视频数据统计和分析等步骤，完成基于拉绳取食难题实现对熊蜂自发解决操作性难题认知能力的技术瓶颈。利用本发明，突破了迄今低等动物昆虫自发解决拉绳难题无法检测的局限。首次建立了低等动物昆虫自发解决操作问题的行为范式，探测出低等动物熊蜂能同高等哺乳动物一样可以自发、独立地解决拉绳难题。这将对深入认识和开发低等动物昆虫的智力产生深远的影响，对动物的认知演化研究产生影响。该方法设计新颖、装置制造简单、成本低廉、操作简便、重复性好，极大地提高了实验检测效率。

技术领域

本发明涉及一种昆虫智力测试的试验方法及装置，尤其涉及一种检测熊蜂能否独立自发解决操作问题的方法及装置，属于昆虫智力测试领域。

背景技术

拉绳取食任务(String pulling for food)是指被测试动物无法触及远端的食物，获取食物的唯一方法是持续地拉动绳子，将拴在绳子另一端的食物拉近身边并得到食物。动物在自然生活中通常不会遇到这种人为设计的高难任务挑战。正因为如此，拉绳取食任务可以检验动物解决复杂问题的能力。解决问题通常是指动物为了获得奖励或逃避某种后果，找到克服障碍的技能和方法的过程。

拉绳取食任务是检验高等动物认知能力的经典行为学范式，至今已有百余年，先后对约170种高等动物包括灵长类、啮齿类和鸟类等进行了测试，并由此探讨和辨析各类动物基于拉绳取食所反映出的解决此类复杂问题的认知机制。这些认知机制通常可分为以下5类情况。手段—目的假说(means-end understanding)认为动物能够理解绳子是工具，进而有意识地操纵绳子以实现目的。洞察力假说(insight)认为动物因理解事物之间的关系而突然、快速地找到解决问题的方法，而不是通过反复试错学习。感知觉反馈假说认为拉绳子导致目标靠近的视觉反馈信号直接驱使动物进行拉绳操作，与学习记忆无关。依赖感知觉反馈的工具条件反射假说则认为拉绳技能的获得依赖于反复试错学习与感知觉反馈的组合，但是感知觉反馈信号仍然直接驱使动物进行拉绳操作。工具条件反射(联合型学习与记忆)假说则强调学习记忆的关键作用，进一步认为动物掌握拉绳技能依赖反复试错学习，并且形成了绳子(stimulus)、操作(action)与奖励(reward)之间的紧密关联。目前，在高等动物研究中，灵长类能理解绳子可以作为工具来解决拉绳取食问题，也可通过联合型学习与记忆解决该问题，也可借助视觉反馈加快学习和解决该问题的速度。哺乳动物啮齿类也被认为可通过工具条件反射(联合型学习与记忆)解决问题，但结论是不明确的。而乌鸦等鸟类的研究则显示目标视觉的即时反馈信号或者操作条件在解决问题过程中发挥关键作用，结论也是似是而非的。一般相信，认知能力与大脑结构复杂程度可能存在某种内在关联。由此，针对脑结构复杂性不同的动物开展认知机制的检测，对于理解不同动物类群认知演化规律有着积极的科学价值，也有助于为解析高等动物的复杂认知机制提供各种借鉴。以上的研究中，多数动物在首次拉绳测试时便成功，表明多数脊椎动物能够独立、自发的解决拉绳问题。

最近，人们发现低等无脊椎动物熊蜂在经过步骤训练，或者通过观察同伴学习后，竟然能够解决非自然的拉绳觅食难题(Alem et al.，2016)。经过文献调研、分析与思考，发明人发现该操作行为检验范式存在缺陷，昆虫必须经过人为的分步骤拉绳训练，或者模仿学习，才能解决难题，即不能检验低等动物自发独立解决操作性难题。但是，前人在高等动物拉绳难题研究中，主要侧重检验高等脊椎动物的自发独立解决问题的能力。至今没有检验出低等无脊椎昆虫能否表现出类似高等动物的自主解决问题的能力。与此同时，发明人发现基于现有的无论是高等动物还是低等动物拉绳难题检验范式，科学家们要剖析和明确其认知机制是困难的，这是因为先前的研究者在方法设计上没有充分考虑到动物需要区分奖赏和绳子两种刺激的问题，导致了在剖析动物解决拉绳问题的认知机制上产生了持续与广泛争论。

发明内容