黑葉猴視覺學習認知訓練初探

朱愛玲，王彬婷，鄭曉敏，何 鑫

（杭州動物園，杭州 310008）

黑葉猴（Trachypithecus francoisi）隸屬靈長目（Primate）猴科（Cercopithecidae）疣猴亞科（Colobi?nae）葉猴屬（Trachypithecus），為國家I 級保護陸生野生動物［1］，被世界自然保護聯盟（IUCN）列為瀕危物種（EN）［2］。黑葉猴是熱帶和亞熱帶石灰巖地區和河谷喀斯特懸崖地帶特有的珍稀靈長類動物，目前僅存在于中國的廣西、貴州、重慶三地和越南北部［3］，全球種群數量1 700~1 800 只［4］。

學習認知是腦科學領域的重要研究方向［5］，視覺是動物感知外部環境的最主要通道，視覺學習認知是將獲取的視覺信息經過大腦加工處理，最終與外部客觀事物前后關聯，實現把握、辨識和理解的過程，因此基于視覺的動物學習認知功能研究近年來備受研究者們的關注［6，7］。非人靈長類與人類在進化上接近，是理解人類腦與認知的理想動物模型，關于非人靈長類基于視覺的圖形識別、自我覺察、數量認知能力等方面得到較深入的研究［7-11］。相關研究多選用猴亞科獼猴屬的恒河猴（Macaca mulatta）作為研究對象，且已有的研究表明恒河猴具有視覺記憶和圖形識別能力［7，12］，但恒河猴生性警惕。黑葉猴性情溫和，易于接近，能很快進入學習狀態，目前關于黑葉猴視覺學習認知方面的報道尚屬空白，本研究假設黑葉猴具有視覺學習認知能力。

正強化行為訓練是指通過獎勵的手段，使動物按照指令和引導，基于其自然行為模式，主動展示目標行為的一種訓練方法［13］。正強化相較于“錯誤——懲罰”的訓練方式，有利于動物的身心健康和目標行為的出現。正強化行為訓練在動物園飼養管理如串籠、修蹄、稱重、和諧取食等［14-17］，醫療檢查及治療如測肛溫、采血、肌注等方面得到較多運用［18-20］，通過行為訓練可以減少動物對相關處理造成的應激反應，但目前有關動物園動物視覺學習認知訓練鮮有報道。

本研究針對黑葉猴采用正強化行為訓練方式，探索其視覺學習認知能力，旨在拓展動物園動物行為訓練領域，提高動物福利，也為非人靈長類視覺認知的相關研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 訓練對象

訓練對象為一只成年黑葉猴，雄性，呼名“大杭”，年齡22 歲，試驗前未進行過視覺學習認知方面的訓練。

1.2 訓練場地、器材及食物

訓練在專用的訓練籠中進行。訓練籠由鋼筋焊接而成，長90 cm，寬50 cm，高60 cm，欄桿間距5 cm。訓練籠通過一道拉門與日常飼養籠舍頂部相通，位于喂食平臺附近。

訓練器材為訓練專用響板、食物背桶和認知用圖片。

強化物為黑葉猴喜愛的花生。為了控制每次訓練時食物攝入量同時保證訓練效果，將花生剝開并分成小塊，總量為5 g。

1.3 人員配置

訓練員為黑葉猴主管飼養員，日常飼養中與動物建立了良好的信任關系，每日手喂食物、呼喚呼名、了解動物個性。

1.4 訓練方法

整個訓練過程采用正強化的訓練方式。訓練員發出口令，展示認知圖片；訓練對象根據口令，自主學習指出圖片；當動物指出正確的圖片時，按下“響板”，表示肯定，給予食物獎勵。

早期可通過捕捉動物行為或訓練員輔助動物完成任務的方法進行訓練。訓練員發出口令，展示圖片，當動物充滿好奇伸手觸碰圖片或訓練員主動用圖片觸碰動物手指時，按響板并及時給予食物獎勵。

每日下午喂食前半小時訓練，每次10 min，每周5 次。

1.5 訓練目標

能辨識蘋果和香蕉的圖片。訓練員發出“蘋果”或“香蕉”的口令時，動物可以根據口令指出相應的圖片。

1.6 訓練目標分解

1.6.1 建立橋接 按響板，動物狀態平靜，給食物獎勵。

1.6.2 進、出訓練籠 拉開拉門，訓練員發出口令“進”，動物進訓練籠，保持坐姿，狀態平靜，按響板，給食物獎勵。跟隨訓練員位置移動，訓練員發出口令“出”，動物出訓練籠，按響板，給食物獎勵。

1.6.3 認識蘋果圖片 動物進訓練籠，保持坐姿，訓練員發出口令“蘋果”，同時展示蘋果圖片，動物用手指觸碰圖片，按響板，給食物獎勵。訓練初期動物充滿好奇心，會用手指觸摸圖片，此時立即按響板，給食物獎勵，或訓練員主動用圖片去觸碰動物手指，按響板，給食物獎勵。初期通過捕捉動物行為和訓練員協助動物完成動作的方法進行強化訓練。

1.6.4 辨識蘋果圖片和空白對照 動物進訓練籠，保持坐姿，訓練員發出口令“蘋果”，并同時展示蘋果圖片和空白圖片，當動物正確指出蘋果圖片時，按響板，給食物獎勵。當動物指出錯誤圖片時，重復口令“蘋果”，當動物意識到錯誤并指出正確圖片時，按響板，給食物獎勵。通過變換兩張圖片的左右位置，強化訓練。

1.6.5 認識香蕉圖片 動物進訓練籠，保持坐姿，訓練員發出口令“香蕉”，同時展示香蕉圖片，動物用手指觸碰圖片，按響板，給食物獎勵。每次訓練前，鞏固上一階段蘋果和空白圖片的辨識5 次。

1.6.6 辨識香蕉圖片和空白對照 動物進訓練籠，保持坐姿，訓練員發出口令“香蕉”，同時展示香蕉圖片和空白圖片，當動物正確指出香蕉圖片時，按響板，給食物獎勵。當動物指出錯誤圖片時，重復口令“香蕉”，當動物意識到錯誤并指出正確圖片時，按響板，給食物獎勵。通過變換兩張圖片的左右位置，強化訓練。每次訓練前，鞏固蘋果和空白圖片的辨識5 次。

1.6.7 辨識蘋果圖片和香蕉圖片 動物進訓練籠，保持坐姿，訓練員發出“蘋果”或“香蕉”的口令，同時展示圖片。當動物能按口令指出正確圖片時，按響板，給食物獎勵。當動物指出錯誤圖片時，重復口令2 次，如果動物能夠意識到錯誤并指出正確圖片，按響板，給食物獎勵。通過變換圖片的左右位置和改變口令，強化訓練。

1.7 測試圖片辨識的正確率

圖片識別訓練完成后，進行識別的正確率測試。在每日固定的訓練時間，通過改變口令和圖片的左右位置檢測學習效果。每日進行1 次測試，每次測試發出20 個口令“蘋果”或“香蕉”，動物能夠根據口令指出對應的圖片，計為正確，否則計為錯誤，計算該次測試的正確率。共進行20 次測試。所得數據采用Excel 和SPSS24.0 軟件進行分析和處理，計算平均正確率，采用非參數檢驗中的卡方檢驗比較測試結果中正確次數和錯誤次數間的差異。

2 結果與分析

2.1 訓練各階段完成情況

本研究視覺學習認知訓練分步驟進行，各訓練階段、各階段的行為要求、完成時間及主要目的如表1 所示。

表1 訓練各階段完成情況

2.2 訓練各階段對圖片的辨識

在訓練的各階段，訓練員通過改變圖片的左右位置或改變口令或將兩者結合起來，判斷動物對圖片的識別能力，只有前一階段的訓練成熟后才能進入到下一階段的訓練。訓練各階段的部分行為展示如圖1 所示。

2.3 圖片識別的正確率。

圖片識別測試結果如圖2 所示，20 次測試的平均正確率為82.0%，標準差為8.4%。前期測試時正確率有一定的波動，第16 次測試后趨于穩定，整體正確率呈上升趨勢。卡方檢驗顯示，測試結果中正確次數極顯著高于錯誤次數。

圖2 圖片識別測試結果

3 討論

3.1 建立信任關系

動物對訓練員的信任是行為訓練開展的基礎［13］，本研究中訓練員為黑葉猴的主管飼養員，動物對其聲音、氣息等都非常熟悉。訓練員通過手喂食物、呼喚呼名、日常觀察等方式可以迅速與動物建立信任關系，有利于行為訓練的開展。本研究根據動物學習狀態靈活地調整學習進度和學習內容，與大多數自動訓練系統相比［5，6，21］，具有靈活、可控、成本低的優勢。

3.2 訓練時間的選擇

動物的操作動機一般由食物激發，并由饑餓來保持，這是一種生理上的驅動力。本研究選擇下午喂食前半小時訓練，此時動物處于較饑餓狀態，比較容易集中精力，有助于順利進入學習狀態。同時選用喜愛的花生作為強化物，利用強化物的吸引力進一步保持操作動機。

3.3 控制每次訓練的時長

研究中如果訓練時間過長，黑葉猴容易出現左右張望、不聽指令等注意力降低的現象。Panichello等［12］研究表明，集中注意力能降低干擾項的影響，有助于進入學習、記憶狀態。為了保證學習效果，應控制每次行為訓練的時長，一般10 min 左右為宜，當動物出現注意力不集中時，可及時終止訓練，且每次訓練應以容易完成的任務結束，并給予獎勵。

3.4 保證訓練環境的安靜

安靜的環境有助于動物集中注意力，免受外界環境的干擾。由于本研究訓練場所位于籠舍頂部喂食平臺的訓練籠內，與外界環境相通，訓練應避開周末游客嘈雜、附近施工噪音、非訓練人員在場等因素的干擾。

3.5 控制強化物的用量

黑葉猴屬于典型的葉食性靈長類，Huang 等［22］對生活在扶綏保護區黑葉猴的食性研究發現，樹葉占總覓食時間的94%。而人工圈養條件下，由于生存環境和食物結構的改變，容易引起動物消化道疾病，甚至死亡［23］。本研究在黑葉猴的日常飼養中嚴格控制精料、水果類、堅果類等食物的供應量，以新鮮樹葉為主食。訓練時嚴格控制強化物用量，研究中所用強化物為花生，通過剝開并分成小塊的方式，在控制攝入量的同時也保證了訓練效果。

3.6 訓練過程應循序漸進

訓練員在訓練過程中應保持耐心，按照訓練計劃有序開展，適時調整，只有當前階段訓練任務完成后，再進行下一步驟的訓練，不同訓練階段所用時間不同。當動物需要排除干擾項作出選擇時，往往需要更長的學習時間，如辨識蘋果圖片和空白對照。進入新的學習階段，應及時對已學內容進行復習，從而使動物更容易理解和記憶學習內容。

3.7 黑葉猴具有較強的視覺學習認知能力

研究中黑葉猴能根據口令，在2 張圖片中辨認出相應的圖片，即使變換圖片的左右位置或改變口令，也能較好地完成測試，測試平均正確率為82.0%。前期測試時正確率具有一定的波動性，隨著測試次數的增加，從第16 次測試開始，正確率呈增長趨勢，說明隨著學習次數的增加，黑葉猴能積累學習經驗，做出更多正確的判斷。黑葉猴對圖片的分辨能力，可能是基于圖片的顏色或形狀或二者的結合。陳郁初等［24］研究表明獼猴可以進行顏色、圖形的分辨學習，但該研究只是針對單個因素的探索。本訓練過程中，黑葉猴出現用手指摳圖片的動作，說明黑葉猴具有立體視覺，表明它更可能是通過圖片顏色和形狀相結合的大范圍特征來辨別。Huang等［25］研究表明，相對于局部特征猴視覺系統對大范圍特征更敏感。視覺的存在本質上是為了滿足動物適應環境的需要，黑葉猴具有視覺學習認知能力對于其野外采摘果實、判斷距離、搜尋同伴、躲避天敵等生存具有重要的意義。圈養條件下缺乏野外環境的復雜性，對圈養動物進行視覺學習認知訓練，有助于激發動物的學習能力，保持野外天性。

4 結論

圈養動物的福利待遇不應停留在食物和環境等基本需求上，還應有認知水平和精神層面的改善。正強化訓練是提升動物福利的重要方式，有助于動物的身體和心理健康［26，27］。本研究采用正強化的行為訓練方法成功地對黑葉猴進行了視覺認知訓練，拓展了動物園動物行為訓練領域，提升了動物福利。