你知道烏賊有三顆心臟嗎？它們的視力非常發達，可以看到身后的東西。除此之外，雄性烏賊為了更好勝過其它雄性，可以在身體的一側顯示雌性圖案，而另一側則顯示出雄性圖案[1]。烏賊是一種神奇的生物！
烏賊：聰明的動物
烏賊很聰明，它們能夠學習。當它們知道晚上會有人“供應”它們最喜歡的食物時，它們就會在白天少吃一些不那么美味的食物[2]。它們還能學會在看到獵物但無法接近獵物時停止追逐獵物[3]。
烏賊可以利用空間學習來解決迷宮問題以及區分垂直和水平線索等。烏賊的學習依賴于短期記憶和長期記憶。這兩種記憶的機制不同，保留的時間也不同。
烏賊在多個方面與脊椎動物相似，而且體型小巧。這使它們適合作為行為研究的模型。與脊椎動物一樣，它們也有中樞神經系統和高度進化的視覺。因此，對它們記憶力的研究有助于推動對脊椎動物的研究。
捕食者-獵物研究自動化
杰西卡-鮑爾斯（Jessica Bowers）[3]和她的同事們使用了諾達思最初為斑馬魚開發的斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(DanioVision)，將其使用在對Sepia bandensis幼年烏賊的研究中。他們使用的定制孔板有六個相對較大的孔，每個孔代表一個單獨的烏賊活動區域（圖 1b）。每個區域的面積為 9.5 平方厘米。每個孔中都有一個微小的透明管，他們可以把烏賊最喜歡的獵物（蝦）放在里面。利用這種裝置，他們同時自動測量六條Sepia bandensis幼年烏賊對獵物的行為。
圖1.（a）斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(DanioVision)觀察箱的照片，帶紅外攝像頭（箭頭）。（b）從斑馬魚行為軌跡跟蹤系統觀察箱內拍攝的定制孔板照片。每個孔的頂部都安裝了用于容納獵物（蝦）的透明管
為了評估烏賊的短期和長期記憶，研究者設計了一個無法接近的獵物（IP）學習范式。該范式包括訓練階段和保持階段。在訓練階段，21日齡的烏賊進行5次連續的10分鐘試驗，每次試驗之間有20分鐘的休息時間（如圖2）。
圖2.無法接近的獵物（IP）學習范式時間線示意圖。第一天，烏賊連續五次暴露在無法接近的獵物中（T1-T5）。每次訓練持續10分鐘，每次訓練之間有20分鐘的休息時間。如第一次訓練課程T1中的虛線所示，訓練分為兩個連續的5分鐘間隔(I1 and I2)，以評估短期記憶。訓練四天后，進行了一次為期10分鐘的保持測試（R），以評估長期記憶
本文的目的是確定三個捕食反應階段（注意、定位和攻擊）是否會因為烏賊學習無法接近的獵物（IP）實驗而發生變化。為此，使用動物運動軌跡跟蹤系統(EthoVision XT)跟蹤烏賊的方位和整體移動。動物運動軌跡跟蹤系統使用中心點跟蹤來記錄每個個體在活動區域內的總移動（圖3a）。通過比較連續幀中中心點的位置來生成烏賊的移動路徑（圖3b）。他們還使用了“頭尾”跟蹤，將跟蹤點放在動物的頭部和尾部，這樣就可以分析整個身體在場內的方向和運動（圖3a 和b）。還使用不同的檢測設置來跟蹤每只獵物（蝦）的運動（圖3c）。
圖3.使用動物運動軌跡跟蹤系統(EthoVision XT)設計的實驗裝置。其中，（a）代表對實驗區域中烏賊的檢測。紅色中心點標記（白色箭頭），同時還有頭部（黑色箭頭）。中心點的移動用于生成觀測對象數據，如移動的距離、速度、旋轉頻率和移動路徑。（b）代表烏賊身上獲得追蹤信息。移動的距離由紅線顯示。烏賊前部的方向由藍線顯示。（c）代表用于檢測獵物（蝦）的區域設置。橙色陰影表示實驗區域內獵物（蝦）的區域。（d）代表烏賊實驗區域設置。每個實驗區域分為兩個區域。頂部區域（粉紅色）包含獵物（蝦）透明管；底部區域（黃色）是空區。
結果
研究結果表明，21日齡的烏賊具有短時記憶功能。在對烏賊從T1（第一次訓練）到 T5（最后一次訓練）之間攻擊次數進行統計，發現次數減少，說明在幾次試驗之間發生了學習行為（圖4a）。在T1和T5之間經過了大約 2 小時，在訓練的T1和T5之間攻擊行為減少可能代表了烏賊長期記憶儲存的激活。
圖4.（a）每次訓練在INT 1和INT 2進行的攻擊。試驗分為兩個連續的5分鐘間隔，并計算每個間隔的擊打次數（INT 1=I1；INT 2=I2）。（b）T1、T5、保持階段（R）和未經訓練的烏賊總攻擊次數
令人驚訝的是，我們發現烏賊對IP訓練的記憶可保持長達 4 天（圖4b）。與T1相比，烏賊在保持測試中的攻擊次數有所減少，但與T5相似（圖4b）。這表明，盡管從訓練到保持測試之間相隔了4天，烏賊并沒有恢復到原來的反應速度。與此同時，未經訓練的烏賊的反應與T1相似，但與T5不同（圖4b）。
圖5.（a）烏賊面向獵物區和空區的總時間（SZ=獵物區；EZ=空區）。星號代表各階段數據匯總后，SZ和 EZ的持續時間存在顯著差異。（b）烏賊和獵物（蝦）每次測試的總移動量
烏賊花在獵物區的時間比空區多（圖5a）。面向獵物區的持續時間在不同時段之間沒有差異，面向空區的持續期也沒有差異（圖5a）。通過跟蹤烏賊的總運動，我們認為各階段的總運動量沒有差異（圖5b）。獵物（蝦）的總運動量在各階段之間也沒有差異（圖5b），因此我們不認為獵物運動會影響烏賊的運動量。
文章利用斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(DanioVision)對捕食行為研究發現，烏賊對無法捕獲的獵物的總運動量和方向都沒有因為學習而改變。這進一步表明，IP訓練選擇性地抑制了攻擊，而不是整個捕食過程。在試驗中，烏賊花在獵物身上的時間相同。雖然經過訓練的烏賊攻擊的次數較少，但它們在獵物（蝦）周圍仍然很活躍。研究分析發現攻擊次數的減少是一種真正的學習效果，而不是反復訓練所產生的行為疲勞。如果烏賊因疲勞而停止攻擊，那么預計烏賊對獵物的定向和總的運動也會在各次訓練中減少。相反，文章發現烏賊抑制了攻擊階段，但類似的變化并沒有反映在注意力和定位階段。
總結
文章的研究表明，Sepia bandensis烏賊具有學習能力，當它們無法接觸到獵物時，它們會調整自己的捕食行為。文章作者發現，當獵物出現在透明管時，烏賊花在獵物區時間更長。它們仍然會朝向獵物，但逐漸停止用觸手攻擊獵物，因為它們發現自己無法捕捉到獵物。四天后，這些攻擊仍然很少。作者證明了這些小型的無脊椎動物是具有長期記憶的。
同時，本文使用的斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(DanioVision)使他們能夠分析僅靠直接觀察無法測量的行為。烏賊幼體的大小以及它們在早期發育階段就表現出許多成年行為的事實，使它們能夠使用斑馬魚行為軌跡跟蹤系統進行高通量行為研究。這一切都讓自動化監測動物行為充滿了更多可能。
參考文獻
1.earth-matters/animals/blogs/5-amazing-facts-about-strange-beautiful-cuttlefish
2. Billard, Pauline, et al. "Cuttlefish show flexible and future-dependent foraging cognition." Biology Letters 16.2 (2020): 20190743.
3. Bowers, Jessica, et al. "Evidence of learning and memory in the juvenile dwarf cuttlefish Sepia bandensis." Learning & Behavior (2020).
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