科学家已经教会了猪仔打游戏，“猪队友”服务即将上线

　　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……

　　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。

　　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。

　　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：

　　一是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。

　　二是对于研究人员来说，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。

　　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。

　　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。

　　打电动到猪 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。

　　图源：文献1

　　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……

　　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。这说明猪通过一段时间的学习，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。

　　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。

　　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