誰說無腦就無法學習？水母沒腦也可以學習

科學家們已知道刺絲胞動物門(Cnidaria)的動物，包括水母、海葵(sea anemones)和珊瑚，雖然沒有腦，但還是有基礎的學習能力，但牠們的學習為非連結學習(nonassociative learning)，也就是兩個刺激之間不需要有關聯就可以產生反應。相較之下，連結學習 則是透過比較兩個刺激之間的不同之處來改變行為模式，其著名的實驗即 #帕夫洛夫的狗，通常只有神經系統較為進化的動物才能做到，例如人類和哺乳類動物。水母，由於其神經系統散佈全身，沒有像人類大腦的中央空治系統，因此一直以來被認為無法做連結學習。不過，加勒比海箱型水母(Caribbean box jellyfish) Tripedalia cystophora 與眾不同，牠雖然只有指甲大小，但卻有 24 隻眼。牠神經系統包括了四個 rhopalia，也是牠的視覺中樞，每個 rhopalia 裡面有六隻眼和約一千個神經元，水母靠這些眼睛來偵測熱帶潟湖中的紅樹林根部，避免自己在覓食的時候撞到樹根。


J Bielecki et al. PLOS ONE (2014) DOI: 10.1371/journal.pone.0098870

哥本哈根大學的研究團隊做了一個實驗，來測試箱型水母是否能夠連結學習。在大自然中，箱型水母是靠紅樹林根部之間的微小甲殼類動物為生。為了模仿這種環境，研究人員將十二隻箱型水母放入圓柱形的水箱中，水箱壁上圖有黑白或灰白相間的直條紋來模仿樹根，這些深色條紋在水母看來就像是清澈或混濁水中的紅樹林根，然後用相機紀錄約七分鐘，以觀察水母的行為。

他們發現在混濁的水中，水母剛開始對灰色條紋沒反應，因為牠們的視覺系統無法清楚地偵測到灰色條紋，大概以為還有段距離，於是游過去後就撞到了。不過，在撞了幾次後，水母就學到了，開始把灰色條紋認為是混濁水裡的樹根，距離沒牠以為的那麼遠，便開始避開灰色條紋，從剛開始的幾分鐘距離牆壁 2.5 公分，到後面的幾分鐘便距離牆壁約 3.6 公分，本來每分鐘會撞上 1.8 次，到後來降到每分鐘只撞上 0.78 次。

為了近一步了解牠的學習機制，研究團隊把 #rhopalia 分離出來，然後讓它面對螢幕，螢幕上有灰色條紋緩慢地從螢幕的一側移動到另一側，在水母偵測移動的灰色條紋時，他們紀錄下水母的神經活動。水母之眼一開始對灰色條紋沒反應，但在研究團隊用微小的電流刺激水母的運動神經，模擬牠撞到灰色條紋的情況後，水母之眼就會開始釋放出一種高頻的電流，讓身體知道前方是障礙物，須迴避。在經過幾次這樣的訓練後，水母之眼就像在水裡游動的活水母一樣，一但偵測到灰色條紋就會釋放出「快點游走」的高頻的電流。這表示什麼？這個 rhopalial nervous system (RNS) 就是箱型水母的學習中心，讓牠們有連結學習的能力。



Articles:

Science | No brain, no problem. Jellyfish learn just fine (2023)

Nature | How to train your jellyfish: brainless box jellies learn from experience


Paper:

J Bielecki, SKD Nielsen, G Nachman & A Garm. Associative learning in the box jellyfish Tripedalia cystophora. Current Biology (2023) DOI: 10.1016/j.cub.2023.08.056