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      粘液霉菌可以深入了解無神經(jīng)元生物的智力
      
			
      
				2019-01-21 15:02:07
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      沒有大腦的生物如何做出決定?生命的大部分是無腦的，地球上的絕大多數(shù)生物完全缺乏神經(jīng)元。植物，真菌和細(xì)菌都必須應(yīng)對(duì)與人類相同的問題 - 在復(fù)雜和不斷變化的世界中做出最佳選擇或冒著死亡的危險(xiǎn) - 在許多情況下，沒有簡(jiǎn)單的神經(jīng)系統(tǒng)的幫助。
      

      粘液霉菌可以深入了解無神經(jīng)元生物的智力
      

      來自新澤西理工學(xué)院(NJIT)，悉尼大學(xué)，謝菲爾德大學(xué)和利茲大學(xué)的一組研究人員最近在單細(xì)胞粘液霉菌(Physarum polycephalum)中研究了這個(gè)問題，這是一種單細(xì)胞生物，可以生長到幾平方米的面積。這個(gè)巨大的細(xì)胞通常生活在溫帶森林的陰涼，涼爽和潮濕的地區(qū)，它們像變形蟲一樣在其環(huán)境中尋找，沿著森林地面延伸滲出的卷須，尋找它們的真菌，細(xì)菌和腐爛的植物物質(zhì)的獵物。
      

      無論是植物，動(dòng)物還是真菌，P。polycephalum都已成為認(rèn)知研究的不太可能的候選者，因?yàn)樗哂畜@人的解決問題的能力。在最近的研究中，Physarum已經(jīng)被證明可以解決迷宮迷宮，進(jìn)行復(fù)雜的權(quán)衡，預(yù)測(cè)周期性事件，記住它的位置，構(gòu)建與人類工程師設(shè)計(jì)的效率相似的傳輸網(wǎng)絡(luò)，甚至做出不合理的決策 - 能力長期以來一直被視為大腦電路的副產(chǎn)品。
      

      在這項(xiàng)研究中，研究人員檢查了決策使用經(jīng)常用于人類，鳥類和其他腦部生物的測(cè)試的粘液霉菌的能力：雙臂強(qiáng)盜問題，以臭名昭著的老虎機(jī)或單臂強(qiáng)盜命名。在雙臂強(qiáng)盜問題中，受試者有兩個(gè)拉動(dòng)杠桿，每個(gè)杠桿都提供一定的，隨機(jī)確定的獎(jiǎng)勵(lì)。其中一個(gè)杠桿更有可能提供更高的整體獎(jiǎng)勵(lì)，因此參與者面臨的挑戰(zhàn)是決定何時(shí)停止探索這兩個(gè)選項(xiàng)并決定僅僅利用一個(gè)選項(xiàng)以最大化其收益。這種現(xiàn)象被稱為勘探 - 開發(fā)權(quán)衡，并且不僅適用于老虎機(jī)，適用于許多情況，包括投資者選擇啟動(dòng)公司或駕駛員選擇停車位。因此，
      

      研究人員通過賦予生物體探索兩個(gè)相反方向的選擇，對(duì)粘土霉菌進(jìn)行了雙臂強(qiáng)盜試驗(yàn)。在每個(gè)方向上，粘液霉菌遇到不連續(xù)的食物塊，或多或少有規(guī)律地分布。一個(gè)方向?qū)噙@些補(bǔ)丁而不是另一個(gè)。然后，他們觀察了粘液霉菌在每個(gè)方向上的探測(cè)距離，然后再轉(zhuǎn)向利用兩個(gè)方向中的一個(gè)。這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明粘液霉菌比較了多種選擇的相對(duì)質(zhì)量，最常見的是選擇具有較高總食物濃度的方向。它能夠總結(jié)每個(gè)方向遇到的食物補(bǔ)丁的數(shù)量，
      

      的粘菌的決策算法可以在數(shù)學(xué)上描述為利用環(huán)境正比于它們的獎(jiǎng)勵(lì)通過過去采樣經(jīng)歷的傾向。該算法介于簡(jiǎn)單，反動(dòng)啟發(fā)式和計(jì)算密集型最優(yōu)性能算法之間的計(jì)算復(fù)雜度中，但具有非常好的相對(duì)性能。“與Physarum合作不斷挑戰(zhàn)我們對(duì)復(fù)雜行為所需的最低生物硬件的先入為主的觀念，”新澤西理工學(xué)院生物學(xué)助理教授，該研究的首席研究員Simon Garnier說。
      

      雖然該算法的生物學(xué)基礎(chǔ)仍有待識(shí)別，但本研究提供了對(duì)決策的祖先機(jī)制的深入了解，并表明決策，信息處理甚至認(rèn)知的基本原則在不同的生物系統(tǒng)之間共享。
      
			

			
        
      
			
      
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