我不笨,我有话要说-----美洲蜚蠊在光热刺激下的学习行为..doc

我不笨，我有話要說----- 美洲蜚蠊在光熱刺激下的學習行為 作者：北一女中 三年良班 34號 林佩瑩 中文摘要： 本研究目的在於探討美洲蜚蠊在光熱刺激下所表現出的記憶力和學習行為。 將蜚蠊分別放入未通熱、通熱但無方位標記、通熱且有方位標記的三實驗場，錄影分析比較同一隻蜚蠊在三種環境下行走的路徑和時間，發現美洲蜚蠊走出的路徑長度有縮短的趨勢，(C-H)/(C+H)值則有增大的趨勢，表示美洲蜚蠊在有方向標記的實驗場中較易找到安全區，可據此推測美洲蜚蠊在光熱刺激下能表現出學習行為。 緒論 （一）研究動機 臺北市立建國高級中學在一篇科展專題「萬物的長者，飛越虛幻的國度---探究光、電、磁誘使蟑螂行為改變的真相」中寫到：蟑螂的腦容量甚小，且無思考力及判斷力，由於此因素，一方面使得蟑螂在迷宮隘口處的選擇情形，一開始憑「逢機選擇」，後來憑其「感官」，而非思考力等；另一方面，我們也可知，所謂「學習」對蟑螂而言，只可說是「感官刺激」的累積，而非人類思考力等的學習(1)。然而蜚蠊的學習真的只是感官刺激的累積，而不含制約反應的成份嗎？透過此研究，或許可以還它們一個清白！ 由光熱刺激引發的反應牽涉到視覺，而蜚蠊既然有了複眼，何必再生單眼？倘若單眼真無作用，不免浪費。單眼的機制至今未明；若蜚蠊有所謂的學習能力，那麼其單眼在學習中所扮演的角色為何？也是值得探討的問題。 （二）研究問題 美洲蜚蠊對於電、熱的刺激有何反應？ 美洲蜚蠊是否有學習行為？ （三）研究假設 美洲蜚蠊對於電和熱的刺激會作出逃亡反應。 蟑螂有記憶力和學習行為，可藉黑白標誌的引導助其更快到達安全區（避開高溫）。 （四）名詞釋義 此處的蜚蠊專指美洲蜚蠊而言。其驚惶時只能快速爬行而不會躍起而飛翔（Tauber and Camni, 1995）。 學習行為的判定，以速度和路徑長度兩方面為主要判斷依據。 「實驗場」配置圖，請參考第九頁圖九。 文獻探討 （一）昆蟲的學習行為 動物處理以及整合從經驗所得來的訊息，然後使用它們面對刺激，產生具有變化的反應，稱為學習的行為。和本能的行為不同的是，在本能的行為中，動物對於特別（通常是簡單）的環境刺激，表現出複雜的陳舊格式的反應；在學習的行為中，反應常是個體在環境當中經驗的結果，而反應常具變異或有改變(3)。和其他動物一樣，昆蟲亦有學習行為(4)，沒有任何一種昆蟲的行為是完全固定的；大部份的昆蟲行為都是可以經由學習改變和調整的(5)。例如，對單隻蜂來說，一般僅訪問為數不多的種類，如此便可將花的種類限定於一定範圍，並透過學習行為，掌握進出花的方法，增加單位時間內的訪花數量，提高採蜜效率。 而在學習行為的分類中，制約反應可分為古典制約學習（classical conditioning，Pavlovian conditioning）和操作制約（operant conditioning）（又稱工具性制約（instrumental conditioning））兩類。引發操作制約反應的刺激又分為增強物（reinforcer）和負增強（negative reinforcement）等類。增強物為符合個體需求的刺激物，作為個體有正確反應時之獎賞用；負增強為行為表現後即終止所厭惡的刺激，行為得到強化，此厭惡的刺激為負增強(3)。本實驗採取操作制約中的負增強刺激。 昆蟲的學習行為與較高等的動物最大的不同點之一，就是昆蟲在學會一樣對特殊環境的特殊反應後，若馬上接收另一項毫無關係的刺激，則會很容易就忘記先前所學(4)。 （二）一個有關蜘蛛學習行為的實驗 在Nakamura, T.和Yamashita, S. 於2000年發表的Learning and discrimination of colored papers in jumping spiders (Araneae, Salticidae)報告中，被置於實驗場(如下圖一)的jumping spider 經訓練後可辨認出hot plate上的顏色，將之短期記憶並避免碰觸(如下圖二)。 然而，有關熱引發的昆蟲逃逸行為是如何和視覺上的顏色判斷有所關聯，至今機制未明(6)。 在這個實驗中，1.實驗的動物為Araneae, Salticidae，具四對單眼而無複眼；本實驗的動物為美洲蜚蠊，具一對單眼和一對複眼。2.實驗的負增強物為熱，以大片色紙引導；本實驗的負增強物為電，以LED所發出的色光引導。3.實驗的時間限制在三秒鐘內；本實驗因要配合實驗動物的生性沒有jumping spider好走，所以時間將視個體調整。4.在此實驗中，同一蜘蛛放置二天才再進行另一組的實驗，以消除其記憶；本實驗大致相同，並依實驗情形調整。5.在取值方法上，上述實驗以時間為主，本實驗以路徑長度為主。 （三）昆蟲的單眼視覺和光所