一、哪些人給的設定可以拿掉
找 20 個新的學習者。每次只換掉一項,再跟原本的做法一對一比較。「可以拿掉」的標準事先就定好:不比原本的做法差超過 5°。
| 換掉什麼 | 改成什麼 | 學完後的方向誤差(中位數) | 可以拿掉嗎 |
|---|---|---|---|
| (原本的做法,全部由人給) | — | 15.5° | — |
| 指南針那一圈的底電流(人給 12.5 mV) | 讓它自己調:像恆溫器一樣,把這一圈細胞的整體放電維持在學習時的水準,底電流跟著自動調整(恆定性控制) | 16.8° | ✓ 可以。自己調到 11.3 mV 就穩定下來,沒有任何學習者被自我檢查擋掉 |
| 每顆視覺細胞看哪一塊(感受野;人給的是均勻排列) | 照果蠅腦的接線圖往上游追,推出每顆細胞看哪裡 | 21.6° / 20.4° | ✗ 不行。能用,但比較差(平均差 3.5° / 6°) |
| 亮度校準(原本是先在原地轉一圈來校準) | 飛行中慢慢自己適應 | 18.7° | ✗ 不行。能用,差一點就過;但一次比了好幾項,照統計規矩把標準收嚴之後不算過(多重比較校正) |
| 亮度校準 | 完全不做 | 讀不出 | ✗ 不行。20 個全部學不起來 |
| 學習時的老師(原本是完全不會跑掉的正確方向) | 老師自己的方向也會慢慢跑掉 | 23.2° / 49.0° | ✗ 不行。跑掉得少時還能學,但差 7°;跑掉得多就學壞(指南針跟著老師一起跑掉) |
二、把學過的指南針接進全靠感測器飛的無人機
這架無人機原本靠兩樣東西知道自己朝哪裡:陀螺儀(量轉動的感測器),加上看天空認方向的羅盤。後者看的是天空的偏振光(太陽光在天空形成的固定圖樣,昆蟲靠它認方向)。要問的是:陀螺儀很差的時候,學過的指南針能不能取代看天空認方向的羅盤。
能說:底電流這個人給的數字,可以換成「讓這一圈細胞自己維持放電水準」的控制,成績幾乎不變。(照實標明:這是模仿生物體自我維持穩定的工程做法,沒有直接的文獻數值。)限制修正幅度之後,學過的指南針接進無人機不會把它弄翻;陀螺儀很差時有一點點幫助。
不能說「指南針已經不需要人給的設定」。感受野、亮度校準、老師都還是人給的。(恆定性控制調多快、上下限在哪,也是人給的,只是它們不決定最後穩定在哪個狀態。)
也不能說「學過的指南針能取代看天空認方向的羅盤」。飛行中誤差約 42°,目前不能取代。要往下走,得先讓它在飛行的條件下讀得準,那是新的問題。
每一直欄是一組參數設定。由上而下三格分別是 (a) 跟得上轉、(b) 蒙眼記得住、(c) 蒙眼還能轉。實心是通過,空心是沒過。滑鼠移上去可以看是哪一組。
上面的按鈕可以切換兩種「左右對位」的設定,也可以切換看真腦還是假腦。按鈕和圖上寫的「真實接線」就是真腦,「打亂接線」就是假腦。圖下方那行字會列出目前這個畫面各有幾組通過。
這條線沒做成。果蠅腦裡有一圈神經細胞,功能像指南針:頭轉到哪個方向,這一圈上就有一個亮點(一小群正在活動的細胞)跟著轉到那裡,蒙住眼睛也還記得住。我們想用真腦(照真果蠅的接線)在電腦裡重現它。如果成功,無人機就能靠腦自己判斷方向。結果沒有成功。這一頁記錄試過什麼、卡在哪裡。
這一頁講的是「不靠學習、只用接線」那條路,已經正式結束。之後改走學習的路。做法:讓指南針那一圈細胞在原地看 12 分鐘周圍的景物,用一條在果蠅身上量到的學習規則(Kim 2019),把「看到什麼」和「朝哪個方向」配對記起來。學完再拿它去修正無人機飛行控制程式的方向估計(這個估計會慢慢跑掉)。
結果:在模擬無人機上成立。方向誤差約 15–19°,不修正的話約 33°(做了兩批,每批 40 個新的學習者)。改用模擬相機拍的 360° 畫面,結果也一樣(約 17°)。
仍然由人給的部分:每顆視覺細胞看哪一塊(感受野)、亮度的校準(亮度正規化)、固定加給細胞的一股電流(底電流),以及「學壞了就不用」的自我檢查。(2026-10-04 補:底電流已經可以拿掉,見下一段。)
真腦(照真果蠅的接線):照果蠅大腦實際的接線,一條都不改。
假腦(接線被隨機打亂):零件一樣、電線一樣多,只是把「哪條線接到哪裡」隨機換掉。
就像一個城市:路口數量、每種道路有幾條都一樣,但每條路通到哪裡是亂抽的。兩張地圖的統計數字一模一樣,差別只在「誰連到誰」。
為什麼要比:如果只有真腦做得到,才能說功勞在果蠅大腦的接法。如果假腦也做得到,就只是「零件夠多」而已,跟接法無關。
三項都是事先寫好的判定標準。門檻多少、看哪一段時間、從哪個角度開始、重複幾次,都在看到結果之前寫進測試檔,之後沒有改過。另外還要求一個對照組(拿來比的那一組):假腦必須三項都不過。不然就不能說成績來自真腦。
把兩張圖的第二列和第三列對照著看就清楚了:(b) 記得住通過的組數遠多於 (c) 還能轉,而且兩者幾乎沒有重疊。後來查出原因:兩件事都受同一個設定控制,就是細胞反應的快慢(時間常數)。
這不是「還沒調到對的值」。是兩個需求在同一個設定上往相反方向拉。要同時滿足,得讓這一圈的不同部分反應快慢不一樣,或是加上「看當下狀態決定要不要壓抑」的機制。那已經超出「只用接線圖、不另外設計機制」的前提。
最一開始什麼都不調,直接拿真腦裡細胞之間的接點數量當連線強度。給方向輸入時,組成指南針那一圈的細胞(EPG)放電還有 。一切斷輸入就掉到 。亮點不是跑走,是整個消失。10 個起始角度全部沒過。
給想查原始紀錄的人:「接進全靠感測器飛的無人機」那一段,對應的實驗編號是 M4。