炉匠: 蚂蚁找路的故事(3)

2013-11-29 02:41 AM| 发布者: 林林| 查看: 857| 评论: 30|原作者: 炉匠|来自: 小站空间

摘要: 蚂蚁找路(3)前面的故事引起很多人兴趣.可是蚂蚁找路的神经机制还没有研究出来,所以我只能根据经验乱写了.所谓神经机制,就是什么神经细胞怎样运作来存储寻食的路径,又通过那些神经细胞的什么活动指导蚂蚁从最短的路径 ...

蚂蚁找路(3)
前面的故事引起很多人兴趣.可是蚂蚁找路的神经机制还没有研究出来,所以我只能根据经验乱写了.

所谓神经机制,就是什么神经细胞怎样运作来存储寻食的路径,又通过那些神经细胞的什么活动指导蚂蚁从最短的路径回窝.蚂蚁的神经系统太小了,而且没有象小鼠那样完整的分子遗传学工具箱,所以我只能推测.

记住路径,就是把一条弯弯曲曲的路分成很多段,然后记住每段之前的转角,和转弯后直行的步数. 因为转角可以翻译成左右步数之差,所以最关键机制是记住步数.蚂蚁的步行节律是由一组神经细胞自动产生的. 按照每一步的执行, 记录步数的神经细胞需要有一个客观物质过程把步数换成某种物质积累. 这个物质是什么呢? 根据我的经验,可能是钙离子. 因为它不是长期记忆,只要当个分子积分器.用钙当分子积分器不是我乱说,老鼠和金鱼脑子里都有的.
那么怎样证明蚂蚁确实利用钙做积分器,而且用它来数步子呢? 这个实验比较精细,蜂王这类昆虫学家就玩不转了,要靠炉匠这样的纯神经科学家. 首先要把钙离子浓度转变成光信号,神经细胞内钙越多光越亮.这个已经是成熟技术了,由钱学森侄子开发,得过萝卜尔奖的,呵呵.

然后呢,把蚂蚁固定在一个小跑步机上, 左右两条跑道,左右各三条腿,这样可以让它在虚拟空间中随便转弯直跑, 而身体可以完全不动. 这样就可以揭开它脑神经结上面的外骨骼片,用一个高级显微镜的物镜对它的脑神经结进行钙成像测量.

这测量钙成像的技术叫激光共聚焦显微镜,现在好的一台价值一千万美刀, 国内各大实验室争相购买.我认识一个晚辈就是专搞这个的,竟然辞职专门开发并自己卖这种显微镜,可见获利之丰.

而米国很多小实验室对这种天价仪器现在买不起, 我的导师在一个藤校想要一个都不行,最后韩国一个研究所给他一台,就到韩国搞研究去了(70多的老美,到市场买菜,不会用棒语讲价儿,只能给人一把钱,让摊主随便找).

有了这种显微镜,验证钙作为步数积分器的假说就是很直接的了.在蚂蚁脑神经结里应该能找到至少两种细胞,一种是步数越多钙信号越亮,用于数直行的步数,另外一种亮度随左右步数之差变化,可以算作一种微分器. 谁找到这些细胞肯定要在"鬼扯"(nature)上发文章的.

好了,扯了这么半天,那蚂蚁找路的故事对人类社会有啥帮助呢? 太有了. 让我来想像一下40年后的故事. 2053年的感恩节,勺妹扯着尖嗓子从窝尔马定了一台减价的家用机器人, 里面就有利用蚂蚁找路原理制造的定位器. 那东西在订货后不到半小时就自己跑到家了, 乍看很象个六条腿的大蚂蚁, 和金毛狗差不多大. 可是它前面至少还有八条手臂平时折起来看不见.但是展开以后有两条可以升高到11米高,可以帮勺妹清理屋外排水管里堵住的落叶. 由于用了蚂蚁找路的算法,它对每个机械手臂的位置都能精确计算,而且可以记住家里所有杂物的具体位置. 勺妹已经很老了,家里地板上散落着水杯,饭勺,臭袜子,灌肠器. 那机器人只花了半个小时就收拾好了.裤叉臭袜子洗好叠好放进床头抽屉,餐具洗干净吹干放进碗橱. 灌肠器用消毒水洗净....... 搞完了就一声不响找个插头充电去了.
这机器发哥家里也了. 发哥那年95岁, 偏瘫,而且体重比较大, 原来每天要靠两个大块头护士才能把他从床上抬起放进轮椅,还经常搞得吱哇乱叫.可是这机器助理只要直起身, 伸出前面折叠的八条手臂,就能轻而易举地把人抱起来, 调整好姿势再放进轮椅,床或浴缸.八条手臂与人有几十个接触点每点的压力都有精确计算,所以从来不会发生过抻了胳膊扯了蛋之类的疼痛事故(这当然还借助了章鱼控制多手臂协同的算法).

小马哥那年也不年轻了,虽然生活还能够自理,但因前列腺肥大每天夜里要起夜十几次,很烦恼. 他的那个机器助理的一条前臂加了吸管(多花了一百刀,工厂返现70),每到要小解的时候就会有几条手臂分开睡衣,然后由那条特殊手臂用特定的角度吸住小jj, 然后用真空一滴不漏地完成任务,几天之后这一过程已经可以在不吵醒人的情况下完成,因为机器助理可以通过肚皮上贴的一个小芯片读出尿泡充盈度,以此决定是否需要小解.

几位莫怪我出了你们丑暴露了隐私, 你们确实享受到了四十年前基础研究的成果. 好多没提到的网友那时已经受尽终老年的苦难而蒙主召唤了..

好,回来说说从现在起今后40年的故事.现在搞基础研究的都没钱,你懂的. 那些土豪之类的也不但不愿捐,还怪国会乱花钱搞什么蜜蜂蚂蚁之类.所以像蜂王之类的真正科学家只能光着腚花时间鼓捣那些老掉牙的仪器和计算机,没多少时间搞研究. 但是研究还是会继续的,不过慢点. 一流科学家光着腚搞出的成果登上"鬼扯", 然后才有三流科学家搞什么转化,打着领带申请专利注册小公司,然后再有那些聪明的CEO把小公司包装起来,几千万几千万卖给大公司. 大公司再忽悠花儿街上市,说什么掌握了关键技术,市值多少亿. 主任之类玩钱的再跟着新技术股票忽悠着赚钱. 最后终于出了产品,出口上千万台到老龄国家日本中国,而且每几年花样翻新, 就像今天的爱疯那样. 花儿街也跟着股票翻番. 于是这些造福人口20%,大大减轻社会养老负担的东西也造福了新一代投资者.后来呢? 蜂王在坟墓中含笑光腚穷s. 爱好科学的主任看得准,买了原始股,留下几亿遗产.

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引用 2013-12-1 04:01 PM: 蚂蚁是怎样走路的？每一次转弯都是90度吗？给个图解就好了
如果不是的话，如何根据左右的步数来判断角度？这可是一个高级数学问题啊！除了计算机，这难想象那个动物可以记住

引用 2013-12-1 02:01 AM: 狐狸GG好有才也

引用 2013-12-1 02:00 AM: 炉匠: 琳兄Out了,标准口令是: "你文科!" 答:"你板牙".

引用 2013-11-30 12:57 AM: 王木木: 上联：你文科
下联：我农民
横批：精英教授
琳兄Out了,标准口令是: "你文科!" 答:"你板牙".

引用 2013-11-30 12:54 AM: 昨夜雨: 没有充分的理由说明第一只蚂蚁寻食回来的时候，不能靠蚂蚁窝（口）的气味定向回窝。

那个把地板转的实验中，是不是蚂蚁找不到回窝的正确路线呢？那是不是可能实 ...
你问的问题沈老师设计实验时想过了,评审员也想过.具体的实验是窝完全不动,但食物在一块隐蔽的木板上蚂蚁找到食物后回窝前木板转一下,就造成回窝的角度差.窝的气味场没变,只是路径断开一小段.

引用 2013-11-30 12:20 AM: 科普什么呀，直接改科幻算了。

引用 2013-11-29 11:35 PM: 昨夜雨: 没有充分的理由说明第一只蚂蚁寻食回来的时候，不能靠蚂蚁窝（口）的气味定向回窝。

那个把地板转的实验中，是不是蚂蚁找不到回窝的正确路线呢？那是不是可能实 ...
那是不是可能实验者有意无意地破坏了蚂蚁窝（口）的气味？

possible, but very unlikely

或许谁可以说，那么能不能把蚂蚁窝（口）的气味带到活动地板上做实验呢？

this doesn't make sense. I would think for the ant smell the nest far away, must be through air, then 把蚂蚁窝（口）的气味带到活动地板上 will definitely confused the ant, not helping the ant to find the nest.

引用 2013-11-29 09:35 PM: 炉匠: 气味认路是大名鼎鼎的EO Wilson的工作,显示一个蚂蚁扛食回窝后其他蚂蚁回随气味走最短的路到食物.第一只蚂蚁寻食回来时不可能靠气味,必须有其他机制. ...
没有充分的理由说明第一只蚂蚁寻食回来的时候，不能靠蚂蚁窝（口）的气味定向回窝。

那个把地板转的实验中，是不是蚂蚁找不到回窝的正确路线呢？那是不是可能实验者有意无意地破坏了蚂蚁窝（口）的气味？或许谁可以说，那么能不能把蚂蚁窝（口）的气味带到活动地板上做实验呢？我觉得不一定，除非实验者能把带有蚂蚁窝的土层连同地面一起旋转，而且蚂蚁在这个可旋转的地面上生活足够长的时间后才能说明问题。

其他蚂蚁跟着第一只蚂蚁的线路出去觅食，和第一只蚂蚁回家的机制有所不同。跟着第一只蚂蚁的线路出去觅食是学习新的路线；第一只蚂蚁觅食成功回家，可能是自己以往经验的积累，加上对新环境的判断后作了调整，所以路线可能是以前曾经走过的，也有可能是新的。

引用 2013-11-29 08:04 PM: 炉匠: 你文科
上联：你文科
下联：我农民
横批：精英教授

引用 2013-11-29 06:21 PM: waspking: 看钙离子成像，不要confocal吧？荧光即可？
你文科

引用 2013-11-29 06:20 PM: 王木木: 蜜蜂找乳癌这种经费会多，您做吗？
这个给钱我肯定做.不过这看着像是DOD 垂死挣扎的项目.

引用 2013-11-29 06:17 PM: fancao: 小狐狸怎么糊涂了，你指望等我的遗产？要是我，就让你现在把钱拿出来投资。
那不是把钱都憋死了.要学主任,不见兔子不撒鹰.

引用 2013-11-29 06:15 PM: 八月风: 我们学校中心实验室有confocal,交点钱就可以用.钙离子成像也是,我有个博士后研究生时就搞过,还算有点经验.
我说写错了,two photon, not confocal. 另外,中心实验室那东东不会好用的,就像十家一把菜刀.而且你做老鼠,我说的是蚂蚁.老鼠找路搞了那么多年,不也是不知道吗?

引用 2013-11-29 06:11 PM: 王木木: 雨兄，

我有个爱惹蚂蚁的垃圾桶，洗干净后放在新报纸上，仍惹蚂蚁前来，揉动位置再换报纸，蚂蚁仍爬空桶。因屋沿药剂起了作用，实验只进行两次。

气味当然吸 ...
林兄太悲观了,替小马和发哥惋惜一下.

引用 2013-11-29 06:07 PM: 昨夜雨: 我不太相信这种数学模式的猜想，虽然科学家可以用数学模式开发以后的机器人。动物的认知能力和人不一定一样。比如说狗啊鲨鱼啊什么的，对气味的敏感程度远远超过 ...
气味认路是大名鼎鼎的EO Wilson的工作,显示一个蚂蚁扛食回窝后其他蚂蚁回随气味走最短的路到食物.第一只蚂蚁寻食回来时不可能靠气味,必须有其他机制.

引用 2013-11-29 02:39 PM: 王木木: 雨兄，

我有个爱惹蚂蚁的垃圾桶，洗干净后放在新报纸上，仍惹蚂蚁前来，揉动位置再换报纸，蚂蚁仍爬空桶。因屋沿药剂起了作用，实验只进行两次。

气味当然吸 ...
琳兄的例子还是有点不同。蚂蚁觅食路线和回家路线有可能是不同的机制。我在另外一个地方说过，觅食线路有两种类型。一是扫描，根据以往经验形成的路线。二是浏览，根据一定的变数形成的，比如说环境中的气味变化天气情况等等。蚂蚁爬空桶，有可能是根据以往经验形成的路线，也有可能是空桶还有味道。洗得干净与否，是由蚂蚁来判断的。

引用 2013-11-29 01:24 PM: waspking: 看钙离子成像，不要confocal吧？荧光即可？
蜜蜂找乳癌这种经费会多，您做吗？

引用 2013-11-29 01:02 PM: 肚皮上的小晶片测出要献花了，于是不知从哪里冒出的手臂就点出了一朵。。。

引用 2013-11-29 12:37 PM: 我们学校中心实验室有confocal,交点钱就可以用.钙离子成像也是,我有个博士后研究生时就搞过,还算有点经验.

引用 2013-11-29 12:36 PM: 昨夜雨: 我不太相信这种数学模式的猜想，虽然科学家可以用数学模式开发以后的机器人。动物的认知能力和人不一定一样。比如说狗啊鲨鱼啊什么的，对气味的敏感程度远远超过 ...
雨兄，

我有个爱惹蚂蚁的垃圾桶，洗干净后放在新报纸上，仍惹蚂蚁前来，揉动位置再换报纸，蚂蚁仍爬空桶。因屋沿药剂起了作用，实验只进行两次。

气味当然吸引觅食者前来，但回家路径的记忆问题仍有待狐狸哥他们更深研究。

不过，您放心，40年后的机器人半个钟头也找不到星妹臭袜子的。
（30年前，分析中国洲际载体降落太平洋精准度时，人们曾讨论各种“找路”问题所需科研经费，基本上，以后的40年，拨给这种题目的经费可能更少，人口老化等社福预算将更优先。说白了，大学毕业生会抢换尿布的工作，不是去研发“章鱼控制多手臂”。）

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