懂路徑積分的螞蟻

●紅塵布衣

螞蟻過著群居生活，有著固定的巢穴，它們需要頻繁地去未知區(qū)域?qū)ふ沂澄?。對于螞蟻來說，認(rèn)路能力是剛需。有幸的是，螞蟻有著令路癡們非常羨慕的超能力——它們從來不會迷路。

人類是以空間想象或文字編碼的形式記憶路線的，那么，螞蟻是怎樣認(rèn)路的呢？

原來，螞蟻是通過一種叫路徑積分的過程實(shí)現(xiàn)路線記憶的。路徑積分和數(shù)學(xué)上的向量加法計(jì)算有點(diǎn)類似：當(dāng)螞蟻從一個(gè)起點(diǎn)（比如巢穴）開始移動(dòng)時(shí)，每經(jīng)過一小段距離，它們就會通過視覺信息等感官信息（比如太陽位置）來判斷當(dāng)前位置相對于上一個(gè)位置的方向和距離，并在大腦中將這段路徑以“向量”的形式儲存起來。通過疊加這些向量，螞蟻就能估算出當(dāng)前位置與起點(diǎn)的關(guān)系。因此，無論外出路線如何曲折，螞蟻在返程時(shí)都能找到比較直的那條近道回去。

可是，路徑積分雖然可以讓螞蟻找到回家的路，但周圍的環(huán)境有時(shí)候復(fù)雜多變。比如它們抄近路返回時(shí)，可能會遇到水流等障礙，甚至天敵。這時(shí)，螞蟻是會繼續(xù)走這條近路，還是選擇新的道路繞開？

法國國家科研中心動(dòng)物認(rèn)知研究中心的安托因·維斯查奇團(tuán)隊(duì)，通過設(shè)置陷阱的實(shí)驗(yàn)方式研究了這個(gè)問題，他們發(fā)現(xiàn)：沙漠蟻可以把路線記憶和負(fù)面記憶相結(jié)合，通過學(xué)習(xí)過程優(yōu)化行走路線。具體來說，有的螞蟻繞開了陷阱;有的掉落在陷阱出口附近的螞蟻，覺得掉進(jìn)陷阱后直接從出口出來也不費(fèi)事，所以繼續(xù)走陷阱。

研究人員在距離螞蟻巢穴5米遠(yuǎn)的地方設(shè)置了一個(gè)長2米、寬10厘米、深10厘米的陷阱。陷阱內(nèi)壁光滑，螞蟻爬不上去，只能從朝向蟻巢方向的出口出去。研究人員做了對照實(shí)驗(yàn)：在不打開陷阱的情況下，所有螞蟻回巢的路線都經(jīng)過了陷阱所在的位置;而打開陷阱后，回巢的螞蟻在一次次掉落陷阱之后，它們大多便“懸崖勒蟻”——從陷阱的起始位置開始重新規(guī)劃路線，并成功避開陷阱。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，螞蟻可以在“摸著石頭過陷阱”的過程中逐漸形成繞過陷阱回蟻巢的路線。當(dāng)螞蟻落入陷阱時(shí)，會在自己掉落陷阱前的一段路線記憶上打上一個(gè)“厭惡”的印記，當(dāng)再次走到陷阱前這個(gè)區(qū)域時(shí)，這段“厭惡”印記就會被激活，使螞蟻停下來，開始重新掃描周圍的環(huán)境，并在判斷出新的方向后繼續(xù)前行。也就是說，螞蟻可以把掉落陷阱的負(fù)面記憶與對路線的記憶進(jìn)行關(guān)聯(lián)，由此逐漸學(xué)會了繞開陷阱。

此外，掉落陷阱的位置也會影響螞蟻的最終策略。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果螞蟻在掉落陷阱的時(shí)候，恰好落在離陷阱出口較近的地方，那它們之后會更傾向于通過掉入陷阱的路線回蟻巢，而非繞過陷阱，因?yàn)檫@樣可以更快地回到蟻巢。如果掉落位置距離出口太遠(yuǎn)，那么它們下次會竭力避免自己掉進(jìn)陷阱，以免耽誤時(shí)間。也就是說，某種程度上，螞蟻有能力計(jì)算并選擇耗時(shí)較少的路線，它們會像人類一樣權(quán)衡利弊！這也是并非所有螞蟻都“懸崖勒蟻”的原因所在。

（趙世英摘自《知識窗》/圖沐陽）