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论动物的学习行为（电气工程及其自动化）摘 要Abstract：学习行为显然是自然选择的结果，在进化过程中，当环境变得更复杂时，具有较高学习能力的动物被保留下来的机会就多。动物在自然竞争中学习行为的能力得到了选择，并得以不断发展、进化。关键词Key words：学习行为 经验性行为 遗传行为 环境 本能 “斯金纳箱”实验 神经系统 正文：众所周知，动物体在内外刺激下所产生的活动表现叫做动物行为Animal behavior。如鸡鸣狗叫，蜘蛛结网，草履虫避开食盐的刺激，人的排便、排尿反射，手不小心碰到针尖会不由自主地缩回等等。总之，动物的运动、鸣叫，身体姿态或颜色的变化，散发出气味等都属于动物行为。但是，对于动物的学习行为Learning behavior来说，并不是它们生来具有的，而是在动物的成长过程中，通过生活经验后天学习并逐渐建立起来的新的行为活动。譬如举一个例子：一只刚出生不久的小狗，刚来到陌生的主人家，起初有点怕人，只会乖乖地吃饭、睡觉。后来经过主人的训练，它学会了到指定的地方去拉屎、拉尿，还学会了简单的加减运算，它还经常在客人面前表演节目。很明显，这就是动物的一种学习行为。它与本能有本质的区别，美丽的蝴蝶破蛹而出就会翩翩起舞，哺乳动物一出生就会找寻母亲温暖的怀抱、吮吸乳汁，蜘蛛从小就会织网都是无师自通的。动物的以上的行为都是与生俱来的，是一种天赋的遗传行为，叫做先天性行为Congenital behavior。而学习行为则与先天性行为不同，是后天获得的经验性行为。那么，学习行为是怎样形成的呢？学习行为是动物在遗传因素的基础上，在环境因素作用下，通过生活经验和学习获得的行为。动物的先天性行为都是与生俱来的，是一种天赋的遗传行为。而学习行为则与先天性行为不同，是后天获得的经验性行为。而本能行为是通过遗传固定下来的，学习行为与遗传有关。动物原本就有许多神经通路Neural pathways，或有改变联系的途径，学习易使之进行选择或发生变化，从而能对有不同生物学意义的环境做出相应的反应。学习行为显然是自然选择的结果。在进化过程中，当环境变得更复杂时，具有较高学习能力的动物被保留下来的机会就多。动物在自然竞争中学习行为的能力得到了选择，并得以不断发展、进化。这样，我们是否就可以下一个定论，学习行为和本能行为是风马牛不相干的两件事？不是的，其实动物的许多表现出来的行为都是先天性行为和后天学习行为一起共同作用的结果。本能行为Instinctive behaviors是通过遗传固定下来的，学习行为是否与遗传有关呢？其实，早就有动物学家提出这样的问题，并且做了一组大白鼠走迷宫的实验。他们根据大白鼠走出迷宫的时间快慢将其分为两组，走出时间快的称为“伶俐”组，时间慢的称为“迟钝”组，然后让两组大白鼠在本组内繁殖。繁殖的后代也按相同的实验方法，只选择走出迷宫最快和最慢的大白鼠作为进一步繁殖的种鼠。按照这个程序，经过几代之后所得到的“伶俐”鼠和“迟钝”鼠就表现出明显的差异。由于能走出迷宫并不是大白鼠的本能行为，所以再“伶俐”的大白鼠也要通过学习才能找到迷宫的出路。如果让这两组大白鼠再走另一种曲折情况不同的迷宫时，两组老鼠并没有表现出明显的差异。这种现象可以用于人工选择的方法来提高动物在某一方面的能力并遗传固定下来，如犬就有兴奋型和抑制型两种先天性神经表型，前者适合训练成追踪型警犬，后者适合训练成守卫型保安犬。所以，学习行为和本能行为是有很大的联系的。根据科学家的研究发现，动物越高等，学习能力越强，学习行为所占的比例越大，适应环境的能力越强。长期的研究发现，动物的学习行为大概分为五个类型。当同一种刺激反复发生时，动物的反应就会逐渐减弱，最后可完全消失，除非再给予其他不同的刺激，行为反应才能再次发生，这就是所谓的习惯化学习Habitualization learning。雏鸡、幼鸭，在第一次看到头上有物体移动时，不管这个物体对自己有无害处，比如说掉下一片树叶，它们都会表现出惊恐反应，做出蹲伏或其他惊恐的举动。可是当它们经历过几次像掉落树叶的情况后，它们的蹲伏反应便会渐渐减弱，对日常飞掠过的飞鸟或别的物体的恐惧也日趋损失。也就是说，它们对这种刺激的敏感度已经降低了。 其实，在人类社会之中也有这样的现象存在。人们常会对司空见惯的事情见怪不怪，也常会对自己天天吃的东西感到厌倦，如果每天都在嘈杂的环境中工作，时间长了就会感觉不到噪音了。这也是习惯化学习起的作用。联想学习Lenovo learning，是一种称为条件反射的学习方式。19世纪末期，俄国生理学家巴甫洛夫进行了一系列条件反射的实验，他通过研究狗对铃声产生唾液的种种方式，揭示了一些学习行为的本质，受到全世界生物学家的注意。 在这里，不得不提起著名的“斯金纳箱”实验Skinner box experiment。这个实验是把一只老鼠放在“斯金纳箱”里，箱中惟一可移动的物体是一个按钮，老鼠每按一次按钮，便会得到一粒食物。这样老鼠一旦学会按按钮，便会不断地去按，以得到更多的食物。斯金纳实验的动物能学会把一定的动作和食物联系起来。但只有当它们饥饿时，并且有食物犒赏时，它们才会做连续的动作。 这种操作条件反射之所以能够成功，还基于一个重要的条件，即动物具有探究行为。很多动物都有好奇心，喜欢四处走动，就像家养的小猫对家中新添置的物体总会表现出浓厚的兴趣，以至于会不小心打碎新买的花瓶。这种学习方式称为“潜在学习”。正是由于动物存在潜在学习行为，“斯金纳箱”中的老鼠才会去按按钮，实验才有可能成功。 动物在幼年时会模仿抚育者或其他成年动物的行为，来学习一些基本的技能，这就是一种模仿行为Imitative behaviours。幼小的黑猩猩会学习年长者如何取食白蚁，一些鸟类的学唱，都是模仿学习。其实很多鸟类并不是生来就会唱歌，它们必须先听到其他鸟的鸣唱，才能尝试啼声。所以，如果一只普通的灰雀在金丝雀的环境中长大，那么它也能发出像金丝雀一样美妙的歌声。 模仿行为在动物适应环境上有着重要意义，因为它使得动物能从同种其他个体的经验中学习知识,还可以绕过完全依赖遗传机制的途径直接继承，这对社群传统的形成大有好处。 第四种学习行为，就是印痕学习Keying-in learning。奥地的动物学家 康纳德洛伦兹 曾做过这样的实验：他把灰鹅的蛋分为两组孵化，一组由母鹅孵化，一组由孵化箱孵化。结果由孵化箱孵化出来的小鹅把洛伦兹当成了妈妈，洛伦兹走到哪儿，小鹅也跟到哪儿。如果把两组小鹅扣在一只箱子下面，当提起箱子时，小鹅会有两个去向，一组向母鹅跑去，一组则跑向洛伦兹。这种学习后果是由直接印象造成的，所以称为“印痕”学习。根据实验，很多一出生就能四处活动的动物都能够产生印痕行为。如大部分鸟类、豚鼠、绵羊、鹿、山羊和多种鱼类。印痕是新生动物学习的一种重要形式，它可以使那些没有自卫能力的小动物紧紧依附在它们的父母身边，从而使食物供应和庇护更有保障。 印痕学习行为是一种高度特化的但有局限性的学习行为，许多印记只是在动物一生的某一特定的时期才能学习到。如许多鸟类最易掌握飞翔本领的时间恰值羽毛始丰之际，若在出世后几个月内剥夺了它们的习飞机会，以后它们就很难学好飞行了。可能是因为在生命的早期神经系统处于一种特殊的状态，只有这一时期才能接受这类刺激，以后神经系统逐渐改变，就不能再进行印痕学习了。但是，这种行为虽然发生在早期，但对晚期的行为有一定的影响。最后一种学习行为，就是推理学习Reasoning learning，这也是五种动物学习行为之中最高级的行为。推理学习，又称悟性学习，即动物凭直觉对新生事物因果关系做出判断的过程。较高等的动物有一些推理行为，如绕道取食。把食物放在玻璃板后面，动物要拿到食物必须先绕过玻璃板，解决绕道问题是动物的顿悟，即一下子明白了阻隔的存在和解决的办法。较低等的动物对此只会兴奋地乱爬或是乱扑乱撞玻璃板。但是，较高级的哺乳动物，如拂拂、猕猴、猩猩等可以很快的解决这一问题。 德国科学家沃尔夫冈科勒对黑猩猩的学习行为进行了一系列的实验，证明黑猩猩的确有推理的能力。他把香蕉挂在天花板上，屋内有三只木箱，黑猩猩只有把三只木箱擦在一起才能吃到香蕉。开始时黑猩猩到处乱跑，一会儿它安静下来了，仿佛在思考问题，最终把三个箱子像在一起拿到了食物。 介绍完毕动物所具有的以上的几种学习行为，现在，我们来论证一下为什么说动物具有的“学习能力”，有利于适应复杂的生活环境？其实，因为学习行为是后天的行为，它可以根据环境的实际情况而加以修正，学习的过程本身就是探索环境，获得经验教训的过程，获得的经验有助于动物在行为上表现得更具有适应性，更好地生存。 动物越高等，学习能力越强，越能适应复杂环境。因为所有动物，从最低级的原生动物起就显示出学习行为。但学习方式的复杂和灵活程度却因神经系统演化所达到的水平而有巨大的差异。一般说来，低等动物占优势的是本能行为，这种行为是先天决定