出品：科普中国
制作：苏澄宇
监制：中国科学院计算机网络信息中心
我们常说 ， 不怕神一样的对手 ， 只怕猪一样的队友 。
话虽这么说 ， 大家可不要小瞧了猪的智商 ， 它被低估的学习能力 ， 可能会让你刮目相看 。
有两只小猪 ， 在科学家的训练下已经开始学习如何打游戏了…
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正在打游戏的猪｜图源： Candace Croney
科学家为什么会训练猪来打游戏呢？
坎迪斯·克罗尼（Candace Croney）博士是一名做动物行为和动物福利相关研究的科学家 ， 主要研究不同动物的认知能力 。
对于研究者来说 ， 观察动物认知能力的方法有很多 ， 打电动游戏就是其中之一 。
为了了解猪用操纵杆来完成复杂空间任务的能力 ， 她找来了2只约克郡猪 ， 一只叫哈姆雷特 ， 另一只叫煎蛋卷 ， 训练它们来打电动游戏 。
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克罗尼和其中一只参加实验的猪｜图源：Eston Martz / Pennsylvania State University
这款电动游戏机看起来就像一个简化版的街机 ， 由一个小小的彩色显示器 ， 一个摇杆、还有一个喂食器组成 。
游戏主机是一台1991年产的IBM 386个人计算机 ， 这算是一台"老古董"了 ， 计算能力也比较落后 。
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图源：文献1
为什么不用高性能机器来给猪做测试呢？
这似乎和我们对实验的认知有些不同 ， 难道实验仪器不是越先进越好吗？为何还要使用年代这么久的"老古董"呢？
原因主要有以下两个方面：
1.猪能玩的游戏非常简单 ， 没必要用性能很高的机器 。
这款游戏界面只有简单的几何图形和蓝黑两色 ， 没有三维 ， 也没有复杂的色彩；游戏的操作只需要一个摇杆 ， 没有华丽的搓招技能 。
如此简单的游戏 ， 自然也不需要太强的计算能力 。
2.对于研究人员来说 ， 从过去的文献中参考已有的实验设计方案 ， 按研究目标稍微修改后使用 ， 这种方法自然是最便捷的 。
科研人员如果没有相关的实验经验 ， 想要从头开始设计一个游戏实验是很麻烦的 ， 其中一遍一遍的试错过程就得花很长的时间 。
这时候就需要借鉴别人的实验方案 ， 而实验者能找到的相关文献大抵都是比较古老的（尤其是动物行为这块的研究） ， 自然这些机器也就比较古老 。
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一款给鸽子做智力测试的电子游戏｜图源：文献2
猪能玩的是一款什么样的游戏？
这款游戏 ， 准确来说是这项实验任务 ， 被称为SIDE任务 。 计算机会在屏幕的4个边随机生成1到4堵蓝色的墙 ， 中间会有一个白色的 ， 直径2cm的圆形光标 。
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打电动的猪｜图源：Candace Croney
当猪移动操纵杆时 ， 光标就会移动 ， 速度为8cm/s 。
游戏目标就是让猪操纵这个光标接触蓝色的墙 ， 成功接触后投食器就会滚出一些饲料作为对猪的奖励 。
游戏刚开始的时候会有4堵墙 ， 这也是最简单的时候 ， 因为不管猪怎么移动操纵杆 ， 只要朝着一个方向移动即可完成任务 。
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打电动的猪｜图源：Candace Croney
但为了测试小猪的能力 ， 任务的难度会逐渐增大 ， 蓝色的墙会减少到3堵、2堵 ， 直到只有1堵墙 。
对人类来说 ， 这似乎没什么难度 ， 但对小猪们来说 ， 遇到的困难可远远不只是游戏本身 。
先不说小猪通关游戏要面临的对认知能力的考验 ， 光是让小猪看着屏幕不动都有很大的难度 。
为了让猪能专心呆在屏幕前面玩游戏 ， 研究者会让猪呆在游戏机前面 ， 只要小猪对着屏幕看 ， 研究者就会给它奖励 。
当猪开始用嘴来推动操纵杆的时候 ， 它又会得到新的奖励 ， 研究者通过一次次的奖励来引导小猪完成自己的训练任务 。
（题外话 ， 关于动物行为的研究基本都是通过各种奖励来完成的 ， 惩罚动物来促使它达成某种具体的行为是比较少的）
同时 ， 小猪还是远视眼 ， 近距离看屏幕能不能看得清也是一个问题 。
想要让猪看清屏幕 ， 就得了解它们眼球的屈光度 ， 然后控制眼球到屏幕的距离 。
研究者找来了验光师对猪眼的屈光度进行了测试 ， 发现这些猪的眼睛屈光度为+1到+2之间 。 因此 ， 打游戏时小猪眼睛距离屏幕都得在45cm左右 ， 以保证它能看清屏幕上的图像 。
解决了这些问题 ， 实验才刚刚开始 。
接下来研究者还需要反反复复地训练、奖励 ， 慢慢引导小猪先从游戏第一阶段的"四面墙"开始玩 ， 直到第四阶段通关…
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图源：文献1
通过观察小猪打电动 ， 科学家发现了什么？
通过反反复复地训练、实验 ， 研究者发现在2面墙的时候（4面墙100%完成任务 ， 没有任何参考意义 ， 3面墙难度略低 ， 但也不作考虑） ， 哈姆雷特完成任务的概率为78% ， 煎蛋卷完成任务的概率为70%；而1面墙的时候哈姆雷特的任务完成率为48% ， 煎蛋卷为42% 。
研究者还发现 ， 这两只猪是有意识地用鼻子移动操纵杆 ， 将光标移到蓝色墙壁处的 ， 这种行为并不是偶然的 。
这说明通过一段时间的学习 ， 猪能够意识到操纵杆和移动光标之间是有联系的 ， 还知道要把光标移动到目标墙处才能完成任务 。
由此可见 ， 猪的学习能力不可小觑 ， 它们可以处理一定难度的视觉任务 ， 比如打简单的电动游戏 。
虽然猪可以学会打游戏的 ， 但它的操纵水平还是无法与非人类灵长目动物相提并论 。 一方面是因为智商方面存在差异 ， 另一方面则是摇杆的操纵十分受限 。
之前发明SIDE任务的来测试动物智力的科学家 ， 最早的测试对象就是黑猩猩 ， 也可以说SIDE任务就是专门为非人类灵长目动物打造的 ， 因为摇杆操纵的最方便的工具就是用灵长目灵活的手指 。
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图源：vimeo
而这种设计对靠鼻子来移动摇杆的小猪来说就不太方便了 。
由于猪鼻子就挡在视野前方 ， 因此猪想要把光标从屏幕中间移到墙上 ， 就得在移动操纵杆前先看屏幕 ， 然后凭记忆来移动 ， 移动过程中不记得位置了 ， 还得抬头看一眼之后再移动 。
相较于猪 ， 黑猩猩在打这个游戏的时候 ， 不管从哪个角度来说 ， 都有着绝对的优势 。 因此 ， 不管是几面墙 ， 猩猩的游戏通关完成率都是100% ， 远超过猪的完成率 。 但这种身体和外在的阻碍是先天存在的 ， 并不能否定小猪较强的认知和记忆能力 。
那小猪学会了打游戏 ， 有可能跨界成为人类真正的"猪队友"吗？
2011年的荷兰一家农场做了一款概念iPad游戏 ， 叫PiG chase 。 这款游戏由两个部分组成 ， 首先在猪圈里安装一个巨大的触摸屏 ， 然后人类手上也会有一个iPad 。
当人触摸iPad 时 ， 猪圈里的触摸屏也会有相应变化 ， 从而吸引小猪们过来参与游戏 。
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图源：vimeo
人可以通过触摸iPad引导小猪来完成一些任务 ， 例如从猪圈触摸屏的一头移动到另一头 。
需要说明的是这款游戏还停留在概念层面上 ， 未开发完成 。
假如未来这款游戏诞生了 ， 那么 ， 在屏幕的另一边和你匹配的 ， 有可能是真的"猪队友" ， 人类和"猪队友"间的跨界对决 ， 或许在不久的将来上演 。
参考文献：
[1]Croney C C, Boysen S T. Acquisition of a Joystick-Operated Video Task by Pigs (Sus scrofa)J. Frontiers in Psychology, 2021, 12: 142.
[2]Wright, A., Cook, R., Rivera, J., Sands, S., and Delius, J. (1988). Concept learning by pigeons: matching-to-sample with trial-unique video picture stimuli. Anim. Learn. Behav. 16, 436–444. doi: 10.3758/BF03209384
[3]Klopfer, F. D. (1966). "Visual learning in swine" in Swine in biomedical research. eds. L. K. Bustad, R. O. McClellan, and M. P. Burns (Seattle: Frayn Printing Co.).
[4]Hopkins, W. D., Washburn, D. A., and Hyatt, C. W. (1996). Video-task acquisition in rhesus monkeys (Macaca mulatta) and chimpanzees (Pan troglodytes): a comparative analysis. Primates 37, 197–206. doi: 10.1007/BF02381407
【游戏|技能buff加成！科学家教会了“猪队友”打游戏！】
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