黑叶猴视觉学习认知训练初探

2022-04-14朱爱玲王彬婷郑晓敏

湖北畜牧兽医 2022年1期

朱爱玲，王彬婷，郑晓敏，何鑫

（杭州动物园，杭州 310008）

黑叶猴（Trachypithecus francoisi）隶属灵长目（Primate）猴科（Cercopithecidae）疣猴亚科（Colobi⁃nae）叶猴属（Trachypithecus），为国家I 级保护陆生野生动物［1］，被世界自然保护联盟（IUCN）列为濒危物种（EN）［2］。黑叶猴是热带和亚热带石灰岩地区和河谷喀斯特悬崖地带特有的珍稀灵长类动物，目前仅存在于中国的广西、贵州、重庆三地和越南北部［3］，全球种群数量1 700~1 800 只［4］。

学习认知是脑科学领域的重要研究方向［5］，视觉是动物感知外部环境的最主要通道，视觉学习认知是将获取的视觉信息经过大脑加工处理，最终与外部客观事物前后关联，实现把握、辨识和理解的过程，因此基于视觉的动物学习认知功能研究近年来备受研究者们的关注［6，7］。非人灵长类与人类在进化上接近，是理解人类脑与认知的理想动物模型，关于非人灵长类基于视觉的图形识别、自我觉察、数量认知能力等方面得到较深入的研究［7-11］。相关研究多选用猴亚科猕猴属的恒河猴（Macaca mulatta）作为研究对象，且已有的研究表明恒河猴具有视觉记忆和图形识别能力［7，12］，但恒河猴生性警惕。黑叶猴性情温和，易于接近，能很快进入学习状态，目前关于黑叶猴视觉学习认知方面的报道尚属空白，本研究假设黑叶猴具有视觉学习认知能力。

正强化行为训练是指通过奖励的手段，使动物按照指令和引导，基于其自然行为模式，主动展示目标行为的一种训练方法［13］。正强化相较于“错误——惩罚”的训练方式，有利于动物的身心健康和目标行为的出现。正强化行为训练在动物园饲养管理如串笼、修蹄、称重、和谐取食等［14-17］，医疗检查及治疗如测肛温、采血、肌注等方面得到较多运用［18-20］，通过行为训练可以减少动物对相关处理造成的应激反应，但目前有关动物园动物视觉学习认知训练鲜有报道。

本研究针对黑叶猴采用正强化行为训练方式，探索其视觉学习认知能力，旨在拓展动物园动物行为训练领域，提高动物福利，也为非人灵长类视觉认知的相关研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 训练对象

训练对象为一只成年黑叶猴，雄性，呼名“大杭”，年龄22 岁，试验前未进行过视觉学习认知方面的训练。

1.2 训练场地、器材及食物

训练在专用的训练笼中进行。训练笼由钢筋焊接而成，长90 cm，宽50 cm，高60 cm，栏杆间距5 cm。训练笼通过一道拉门与日常饲养笼舍顶部相通，位于喂食平台附近。

训练器材为训练专用响板、食物背桶和认知用图片。

强化物为黑叶猴喜爱的花生。为了控制每次训练时食物摄入量同时保证训练效果，将花生剥开并分成小块，总量为5 g。

1.3 人员配置

训练员为黑叶猴主管饲养员，日常饲养中与动物建立了良好的信任关系，每日手喂食物、呼唤呼名、了解动物个性。

1.4 训练方法

整个训练过程采用正强化的训练方式。训练员发出口令，展示认知图片；训练对象根据口令，自主学习指出图片；当动物指出正确的图片时，按下“响板”，表示肯定，给予食物奖励。

早期可通过捕捉动物行为或训练员辅助动物完成任务的方法进行训练。训练员发出口令，展示图片，当动物充满好奇伸手触碰图片或训练员主动用图片触碰动物手指时，按响板并及时给予食物奖励。

每日下午喂食前半小时训练，每次10 min，每周5 次。

1.5 训练目标

能辨识苹果和香蕉的图片。训练员发出“苹果”或“香蕉”的口令时，动物可以根据口令指出相应的图片。

1.6 训练目标分解

1.6.1 建立桥接按响板，动物状态平静，给食物奖励。

1.6.2 进、出训练笼拉开拉门，训练员发出口令“进”，动物进训练笼，保持坐姿，状态平静，按响板，给食物奖励。跟随训练员位置移动，训练员发出口令“出”，动物出训练笼，按响板，给食物奖励。

1.6.3 认识苹果图片动物进训练笼，保持坐姿，训练员发出口令“苹果”，同时展示苹果图片，动物用手指触碰图片，按响板，给食物奖励。训练初期动物充满好奇心，会用手指触摸图片，此时立即按响板，给食物奖励，或训练员主动用图片去触碰动物手指，按响板，给食物奖励。初期通过捕捉动物行为和训练员协助动物完成动作的方法进行强化训练。

1.6.4 辨识苹果图片和空白对照动物进训练笼，保持坐姿，训练员发出口令“苹果”，并同时展示苹果图片和空白图片，当动物正确指出苹果图片时，按响板，给食物奖励。当动物指出错误图片时，重复口令“苹果”，当动物意识到错误并指出正确图片时，按响板，给食物奖励。通过变换两张图片的左右位置，强化训练。

1.6.5 认识香蕉图片动物进训练笼，保持坐姿，训练员发出口令“香蕉”，同时展示香蕉图片，动物用手指触碰图片，按响板，给食物奖励。每次训练前，巩固上一阶段苹果和空白图片的辨识5 次。

1.6.6 辨识香蕉图片和空白对照动物进训练笼，保持坐姿，训练员发出口令“香蕉”，同时展示香蕉图片和空白图片，当动物正确指出香蕉图片时，按响板，给食物奖励。当动物指出错误图片时，重复口令“香蕉”，当动物意识到错误并指出正确图片时，按响板，给食物奖励。通过变换两张图片的左右位置，强化训练。每次训练前，巩固苹果和空白图片的辨识5 次。

1.6.7 辨识苹果图片和香蕉图片动物进训练笼，保持坐姿，训练员发出“苹果”或“香蕉”的口令，同时展示图片。当动物能按口令指出正确图片时，按响板，给食物奖励。当动物指出错误图片时，重复口令2 次，如果动物能够意识到错误并指出正确图片，按响板，给食物奖励。通过变换图片的左右位置和改变口令，强化训练。

1.7 测试图片辨识的正确率

图片识别训练完成后，进行识别的正确率测试。在每日固定的训练时间，通过改变口令和图片的左右位置检测学习效果。每日进行1 次测试，每次测试发出20 个口令“苹果”或“香蕉”，动物能够根据口令指出对应的图片，计为正确，否则计为错误，计算该次测试的正确率。共进行20 次测试。所得数据采用Excel 和SPSS24.0 软件进行分析和处理，计算平均正确率，采用非参数检验中的卡方检验比较测试结果中正确次数和错误次数间的差异。

2 结果与分析

2.1 训练各阶段完成情况

本研究视觉学习认知训练分步骤进行，各训练阶段、各阶段的行为要求、完成时间及主要目的如表1 所示。

表1 训练各阶段完成情况

2.2 训练各阶段对图片的辨识

在训练的各阶段，训练员通过改变图片的左右位置或改变口令或将两者结合起来，判断动物对图片的识别能力，只有前一阶段的训练成熟后才能进入到下一阶段的训练。训练各阶段的部分行为展示如图1 所示。

2.3 图片识别的正确率。

图片识别测试结果如图2 所示，20 次测试的平均正确率为82.0%，标准差为8.4%。前期测试时正确率有一定的波动，第16 次测试后趋于稳定，整体正确率呈上升趋势。卡方检验显示，测试结果中正确次数极显著高于错误次数。

图2 图片识别测试结果

3 讨论

3.1 建立信任关系

动物对训练员的信任是行为训练开展的基础［13］，本研究中训练员为黑叶猴的主管饲养员，动物对其声音、气息等都非常熟悉。训练员通过手喂食物、呼唤呼名、日常观察等方式可以迅速与动物建立信任关系，有利于行为训练的开展。本研究根据动物学习状态灵活地调整学习进度和学习内容，与大多数自动训练系统相比［5，6，21］，具有灵活、可控、成本低的优势。

3.2 训练时间的选择

动物的操作动机一般由食物激发，并由饥饿来保持，这是一种生理上的驱动力。本研究选择下午喂食前半小时训练，此时动物处于较饥饿状态，比较容易集中精力，有助于顺利进入学习状态。同时选用喜爱的花生作为强化物，利用强化物的吸引力进一步保持操作动机。

3.3 控制每次训练的时长

研究中如果训练时间过长，黑叶猴容易出现左右张望、不听指令等注意力降低的现象。Panichello等［12］研究表明，集中注意力能降低干扰项的影响，有助于进入学习、记忆状态。为了保证学习效果，应控制每次行为训练的时长，一般10 min 左右为宜，当动物出现注意力不集中时，可及时终止训练，且每次训练应以容易完成的任务结束，并给予奖励。

3.4 保证训练环境的安静

安静的环境有助于动物集中注意力，免受外界环境的干扰。由于本研究训练场所位于笼舍顶部喂食平台的训练笼内，与外界环境相通，训练应避开周末游客嘈杂、附近施工噪音、非训练人员在场等因素的干扰。

3.5 控制强化物的用量

黑叶猴属于典型的叶食性灵长类，Huang 等［22］对生活在扶绥保护区黑叶猴的食性研究发现，树叶占总觅食时间的94%。而人工圈养条件下，由于生存环境和食物结构的改变，容易引起动物消化道疾病，甚至死亡［23］。本研究在黑叶猴的日常饲养中严格控制精料、水果类、坚果类等食物的供应量，以新鲜树叶为主食。训练时严格控制强化物用量，研究中所用强化物为花生，通过剥开并分成小块的方式，在控制摄入量的同时也保证了训练效果。

3.6 训练过程应循序渐进

训练员在训练过程中应保持耐心，按照训练计划有序开展，适时调整，只有当前阶段训练任务完成后，再进行下一步骤的训练，不同训练阶段所用时间不同。当动物需要排除干扰项作出选择时，往往需要更长的学习时间，如辨识苹果图片和空白对照。进入新的学习阶段，应及时对已学内容进行复习，从而使动物更容易理解和记忆学习内容。

3.7 黑叶猴具有较强的视觉学习认知能力

研究中黑叶猴能根据口令，在2 张图片中辨认出相应的图片，即使变换图片的左右位置或改变口令，也能较好地完成测试，测试平均正确率为82.0%。前期测试时正确率具有一定的波动性，随着测试次数的增加，从第16 次测试开始，正确率呈增长趋势，说明随着学习次数的增加，黑叶猴能积累学习经验，做出更多正确的判断。黑叶猴对图片的分辨能力，可能是基于图片的颜色或形状或二者的结合。陈郁初等［24］研究表明猕猴可以进行颜色、图形的分辨学习，但该研究只是针对单个因素的探索。本训练过程中，黑叶猴出现用手指抠图片的动作，说明黑叶猴具有立体视觉，表明它更可能是通过图片颜色和形状相结合的大范围特征来辨别。Huang等［25］研究表明，相对于局部特征猴视觉系统对大范围特征更敏感。视觉的存在本质上是为了满足动物适应环境的需要，黑叶猴具有视觉学习认知能力对于其野外采摘果实、判断距离、搜寻同伴、躲避天敌等生存具有重要的意义。圈养条件下缺乏野外环境的复杂性，对圈养动物进行视觉学习认知训练，有助于激发动物的学习能力，保持野外天性。