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果蠅腦學得會教訓嗎

在閃避障礙物那部分,腦只負責「看到東西逼近就往旁邊閃」,沒有記憶。

學完之後,通往輸出細胞的連線還剩多強

起點都是 1;被罰時,剛剛有放電的連線會變弱,最低 0.1。A 柱的連線B 柱的連線(strong 組,各次學習者的中位數,也就是排在正中間的那個值)

左:A、B 柱混在一起放時,兩種訊號常在同一段時間(約 10 秒的記憶時間範圍)裡出現,被罰時一起變弱,記憶分不出誰是誰。右:讓 A 柱都在前段、B 柱都在後段,記憶就分得開了。

連線要放大多少倍,飛行才學得會

每一根是「學習組少擦 A 的程度 − 不學習的對照組」(越高越好)。照事先寫好的判定標準通過沒通過。1 倍 = 原本的連線(8 隻;其他倍數各 8 隻)。放大是假設的操作,不是果蠅原本的數值。

2 倍那一根同時改了兩件事(連線上限照舊、學習者不同),所以門檻只能粗略定在 2 ~ 2.5 倍之間。4.13 倍是這樣來的:要把「學習前細胞對線索的反應」調到已發表研究量到的中間值,需要放大這麼多倍。

一步步做了什麼

31 步的進度✓通過 9✗沒過 11◐部分 / 有但書 3·紀錄 8

點任一步,看做了什麼、結果如何。

看原始表格
步驟做什麼結果
只在腦內學、不飛不飛,輪流給 A、B 的訊號,給 A 時同時給懲罰✓ A 的連線變弱、B 的不變,假腦學不到
讓果蠅腦自己轉向看記憶能不能傳到負責轉向的細胞✗ 傳不過去,把下游放大 1–50 倍也沒用
人寫的讀取程式、接上飛行(四組)直接讀輸出細胞左右兩邊的差,加到無人機往旁邊移的量上✗ 腦裡學了,但飛行沒有變
找原因分開量 A、B 的連線A、B 一起掉到 0.1:問題在兩種訊號出現的時間重疊,不在腦分不清 A、B(兩者用到的細胞幾乎不重疊)
A、B 分區再飛(兩次,第二次 16 隻)A 柱在前、B 柱在後✓ 記憶分得開(16 勝 0 負);✗ 飛行仍沒有變
量訊號大小學完後,A 與 B 讓輸出細胞放電差多少只差約 2 次 / 秒(平常約 17 次 / 秒),太小,推不動飛行
放大讀到的訊號三種輸出細胞一起讀、降低它們平常的放電✓ 記憶一樣分得開(16 勝 0 負);✗ 飛行仍沒有變(與對照組差 −0.03)。做到這裡先暫停
重新開始:放大上游的連線(2026-10-02)把線索細胞 → 輸出細胞的連線放大 4.13 倍,讓學習前對線索的反應達到已發表研究的中間值記憶在輸出細胞上變成 5 次 / 秒,約原本的 3 倍
接上飛行(兩批各 8 隻)同一個人寫的讀取程式、同一批場景✓ 飛行第一次學會少擦 A:比不學習多 +0.45、比假腦多 +0.41;另一批 8 隻重現(+0.38)
放大多少才夠2、2.5、3 倍各跑一批2 倍不過;2.5、3 倍都過 → 門檻在 2 ~ 2.5 倍
讓果蠅腦自己轉向(再試,2026-10-03)不用人寫的讀取程式,看轉向細胞左右兩邊的差會不會被學習改變;試了「另一個區也教」、改讀其他轉向細胞✗。兩個區都教時,記憶寫進去了,轉向細胞仍不跟著變;只教一個區、教學訊號每次都確實送到時,有一批剛好過線(p 0.047 / 0.039),但換新學習者沒有重現
用轉向細胞直接飛(2026-10-03)不用人寫的讀取程式,讓轉向細胞左右兩邊的差直接決定往旁邊移多少✗ 記憶在輸出細胞上照樣寫得進去(8 隻全部),但飛行和「不學習」「假腦」分不開
轉向細胞:加大樣本(2026-10-03 晚)不改模型,30 隻新學習者,只看轉向細胞(DNa03)有沒有被學習改變(不飛)✓ 有,但很小:約 0.3 次 / 秒,只有輸出細胞那邊變化的約 4%。之前一批過、一批不過,是因為 10 隻的樣本太小
把「輸出細胞 → 轉向細胞」放大 4 倍再飛(2026-10-03 晚)不飛時這樣放大,轉向細胞的學習變化約 2 次 / 秒;接著讓轉向細胞指揮飛行✗ 飛行沒學會:放大把平常的波動也一起放大,換算成往旁邊移的量,學到的部分和沒放大時差不多
換方式決定讀取的換算倍率(兩種,2026-10-04)(a) 扣掉飛行中量到的平常偏差;(b) 倍率直接照學到的變化量定(等於由人給倍率)✗ 兩組都沒學會,而且都偏向「更避開 A」,與預測的方向相反(兩組各自都可能只是碰巧)
轉向細胞有多容易放電,照活果蠅量到的數值(2026-10-04)轉向細胞連續放電時會自己變慢(叫「放電適應」);模型原本讓它變慢太多,改成已發表研究量到的數值,不放大任何轉向這一段的連線(不飛,30 隻新學習者)✓ 轉向細胞(DNa03)的學習變化約 −1.2 次 / 秒(3 勝 24 負,p < 0.0001,統計上很難是碰巧),約是不改時的 4 倍;另一顆(DNa02)仍沒有。同樣設定先跑的 10 隻沒過(p 0.14),加大樣本才過,這裡照實寫出來
同上,再把「輸出細胞 → 轉向細胞」放大 2 倍(2026-10-04)2 倍是假設的;其他同上(不飛,10 隻新學習者)✓ 轉向細胞(DNa03)的學習變化約 −4.4 次 / 秒,10 隻全部同方向;平常的波動幾乎沒有跟著變大
轉向細胞變得容易放電後,讓它指揮飛行(2026-10-04,四組)上面兩種設定各配兩種換算倍率✗ 飛行全部失敗、量不到學習:細胞變得容易放電,也把控制機頭左右轉的訊號裡的雜訊放大,無人機一路偏出邊界(這是事前沒想到要先檢查的前提)
修好飛行控制再飛(2026-10-04,四組)把控制機頭左右轉的倍率照雜訊的比例調回來,並加上「飛行要先正常」的檢查✗ 只有「只改容易放電程度」的那兩組飛得起來;其中倍率照學習量定的一組最接近(往「靠近 A」,p 0.06),沒過。加放大 2 倍的兩組飛行仍不正常
確認最接近的那一組(2026-10-04,16 隻新學習者)同一設定、全新學習者✗ 方向一樣,但效果只剩 +0.07(上一批 +0.17),p 0.25(可能只是碰巧)。上一批多半有運氣成分。要確認這麼小的效果約需 45 隻以上
加大樣本(10-12 – 10-15)同一設定,45、96、184 隻新學習者96 隻那批過(靠近 A 比不學習多 +0.051,p 0.032;比假腦多 +0.10);45 隻與 184 隻都沒過(+0.06、+0.031)。方向一致,但很小
想辦法讓記憶更能分辨 A、B(10-16 – 10-17)換衡量方式、加強分辨 A / B 的訓練、壓低發出教學訊號的細胞✗ 都沒放大;原本的分辨程度在新學習者上確認大於 0(+0.015,p 0.039)
一段一段拆開讀取的路徑(10-18)從輸出細胞到轉向細胞,一段一段量 A / B 的差瓶頸在「輸出細胞(MBON27)→ 轉向細胞(DNa03)」:在這顆輸出細胞上很清楚,過了這一段只剩約 1.6%
改讀取這一端(10-18 – 10-23)直接讀那顆輸出細胞(MBON27)、放大 4 倍、只用單眼的線索、改讀細胞收到的輸入電流(突觸電流)……共七種記憶那一項分辨 A、B 的程度升 2–5 倍,飛行行為沒有跟著變好;只用單眼反而變差(兩眼一起推是有用的訊號)
六批合併(10-23)事先把做法寫死,把六批「轉向細胞(DNa03)指揮飛行」合起來算✓ +0.042(p < 5 × 10⁻⁶,統計上很難是碰巧),六批之間沒有差異。效果存在但小。A 的連線有 92% 已經壓到下限
改學習這一端(10-25 – 10-28)學久一點、學快一點、放寬連線下限、讓 B 的連線往上學✗ 連線真的改了,行為沒變
就算讀得完美,要推多大才看得到(10-30 – 11-02)直接告訴無人機哪根是 A,給 0.2–0.8 的推力推力要到 0.4 才看得出行為差異;學到的記憶給的推力比這小
把讀取的換算倍率事先校準(11-04 – 11-07)人寫的讀取程式,倍率依學習前那一段定好;第一次抽到偏難的學習者,之後改成正式開始前先預飛確認✓ 讀連續數值的做法,兩個檔位都過(+0.101、+0.069);用「像不像 A」來判斷的做法只在一種設定下過(+0.032)
複製 + 和人寫的規則比(11-09 起)新的 60 隻學習者,並和「直接知道哪根是 A」的人寫的規則(推力 0.4 / 0.8)同一批比✓ 讀連續數值的做法再過一次(+0.070 / +0.061,60 隻 42 勝 18 負);人寫的規則推力 0.4 給 +0.066、0.8 給 +0.201。學到的 ≈ 人寫 0.4(差 +0.004,30 勝 30 負,分不出來),約人寫 0.8 的三成
至少保住一半嗎(11-09 – 11-11)120 隻新學習者,事先寫好判定標準:「學到的 − 0.5 × 人寫 0.4 > 0」✓ 過(+0.035,信賴區間 +0.013 ~ +0.057;78 勝 42 負)。「保住八成」「和人寫的一樣好」這兩題分不出來
接進導航飛行(11-10 – 11-11)同一顆腦學到的記憶,讀取程式在導航場景重新校準,加在閃避障礙物的轉向上;60 隻新學習者✓ 還是偏向 A(+0.052 / +0.043);✗ 只有人寫 0.4(+0.197)的約四分之一;✗ 任務成功率 0.93 → 0.79–0.81(人寫 0.4 也掉到 0.68)
這一頁能說什麼、不能說什麼

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  • 能說:果蠅腦裡負責聯想記憶的區域(蕈狀體)的接線,加上一條簡單的生物學習規則,在模擬裡學得會「哪一種東西會帶來懲罰」。而且飛行中只要兩種東西不在同一段時間出現,記憶就分得開。
  • 能說:在「線索細胞 → 輸出細胞的連線放大 2.5 倍以上」這個假設下,讓腦真的指揮飛行時,無人機學會少擦被罰過的 A 柱。而且必須有學習、必須是真腦(照真果蠅的接線)才會這樣(兩批學習者都過)。
  • 不能說「果蠅原本的接線就能讓無人機學會」。放大倍數是假設的(每顆細胞給的推動約是已發表研究的 7–11 倍);生物身上怎麼得到這麼大的推動,還沒有答案(缺的比較像細胞數量,不是每條連線的效率)。
  • 不能說「學會避開 A」。學到的是「不再被 A 吸過去」:學習前會偏向 A,是放大加上讀取方式造成的,不是果蠅本來的行為。
  • 能說(2026-10-04):不飛的時候,學習的訊號傳得到果蠅腦自己負責轉向的細胞(DNa03)。轉向細胞有多容易放電照活果蠅量到的數值、不放大轉向這一段的連線時,30 隻新學習者裡約 −1.2 次 / 秒;再把「輸出細胞 → 轉向細胞」放大 2 倍(假設的)時約 −4.4 次 / 秒。另一顆轉向細胞(DNa02)看不到。
  • 不能說「果蠅腦自己的轉向讓無人機學會了」。飛行有學會的那一組,讀取程式是我們寫的;讓轉向細胞直接指揮飛行時,所有事先定好的設定都沒有出現可信的行為學習(最接近的一組換 16 隻新學習者後只剩 +0.07、p 0.25)。
  • 不能說「不飛時看到的轉向訊號是果蠅原本就有的」。上游(線索細胞 → 輸出細胞)仍是放大 2.5 倍的假設;轉向細胞有多容易放電有已發表的研究當依據,但「放大 2 倍」那一段是假設的。
  • 能說(2026-11-09):不放大任何連線、讓果蠅腦的轉向細胞(DNa03)直接指揮飛行時,記憶確實改變了飛行(六批 392 隻合併 +0.042)。方向和果蠅研究的預測一樣(發出教學訊號的細胞減弱的是「避開」型的輸出,所以學習後更靠近 A)。
  • 不能說「效果大到有用」。+0.042 是「近距離擦過 A 的比例 − 近距離擦過 B 的比例」的變化;就算讀取時能完美分辨 A / B,推力也要到 0.4 才看得出差異。
  • 能說(2026-11-09 那次複製):在這個測試場景裡,學到的記憶經過校準過的讀取程式後,效果和「知道哪根是 A、推力 0.4」的人寫的規則分不出差別。不能說「一樣好」,因為當時沒有事先寫好「至少保住幾成」的判定標準;也不能說放到導航飛行裡也成立(那次還沒測)。
  • 能說(2026-11-11 的檢定):在測試場景裡,學到的記憶至少保住了人寫的規則(推力 0.4)一半以上的效果。不能說「和人寫的一樣好」:「保住八成」「完全一樣」這兩題都分不出來。
  • 能說(2026-11-11 的導航測試):學到的記憶放進導航飛行裡,還是讓無人機偏向 A,但只有人寫規則的約四分之一;接上記憶會讓導航任務的成功率掉 0.10 以上(導航任務本身沒有 A / B 的目標,偏向 A 是額外的干擾)。不能說記憶幫了導航。
  • 不能說「校準過的讀取程式得到的 +0.10 是果蠅腦做到的」。讀取程式是人寫的、換算倍率是人定的;它證明的是「學到的記憶裡有足夠的資訊」,不是果蠅的接線自己傳得過去。
  • A、B 柱是我們指定的標籤,不是畫在柱子上、讓眼睛真的看到的外觀。
腦裡學得會嗎
會
只看腦內的反應、不讓它指揮飛行時,A 的連線變弱、B 的不變;假腦學不到
飛行時,記憶分得開 A、B 嗎
16 勝 0 負
把 A、B 柱分成前後兩區之後;A 的連線剩 0.11、B 的保留 0.77
飛行學會少擦 A 了嗎
會(有前提)
線索細胞到輸出細胞的連線要放大 2.5 倍以上才會(放大倍數是假設的);放大 4 倍時,學習的效果比不學習多 +0.45(8 隻 7 勝 1 負),另一批 8 隻重現
果蠅腦自己負責轉向的細胞會跟著學嗎(不飛時)
會,訊號不大
轉向細胞(DNa03)有多容易放電,照活果蠅身上量到的數值(不額外放大轉向這一段的連線):30 隻新學習者的學習變化約 −1.2 次 / 秒(3 勝 24 負,p < 0.0001,統計上很難是碰巧);再把「輸出細胞 → 轉向細胞」放大 2 倍(假設的):約 −4.4 次 / 秒(10 隻全部同方向)。另一顆轉向細胞(DNa02)仍看不到
讓轉向細胞真的指揮飛行,飛行會學會嗎
沒有
所有事先定好的設定都不過:轉向細胞變得容易放電後,飛行控制會不穩;修好後最接近的一組 p 0.06(可能只是碰巧),換 16 隻新學習者確認時只剩 +0.07(p 0.25,可能只是碰巧)
加大樣本:轉向細胞指揮飛行時,記憶改變飛行了嗎(2026-10-23)
+0.042
六批、392 隻合併(p < 5 × 10⁻⁶,統計上很難是碰巧;批次之間沒有差異):成立,但很小。單獨一批來看,96 隻那批過了一次,184 隻那批沒有重現
記憶在哪裡變小(2026-10-18)
剩 1.6%
A、B 的差在其中一顆輸出細胞(MBON27)上很清楚,經過「這顆輸出細胞 → 轉向細胞(DNa03)」這一段只剩約 1.6%
人寫的讀取程式、換算倍率事先校準(2026-11-07)
+0.101
60 隻 51 勝 9 負(p < 0.0001,統計上很難是碰巧);另一個校準檔位 +0.069 也過。讀取程式是人寫的,不是果蠅的接線

文字說明

這一頁在講什麼

在閃避障礙物那部分,腦只負責「看到東西逼近就往旁邊閃」,沒有記憶。這一頁測的是另一件事:把果蠅腦裡負責聯想記憶的區域(蕈狀體)加進無人機的腦。這個區域裡有兩種細胞:一種帶著「看到了什麼」的訊號(Kenyon 細胞,下面叫「線索細胞」),一種接在它後面、把結果往外送(MBON,下面叫「輸出細胞」)。 我們測兩件事:「看到 A 種柱子、靠太近就被罰」腦學不學得會;學會之後,飛行會不會跟著改。學習用的是生物身上有的局部規則:被罰時,剛剛有放電的那些連線變弱。參數固定,不用機器學習訓練。

到目前為止的結論:腦裡學得會;讓腦真的指揮飛行時,記憶確實會改變飛行,但效果很小,瓶頸是其中一段連線只把記憶傳過去約 1.6%。改用人寫、事先校準的讀取程式後,效果和人寫的規則(推力 0.4)差不多,但放進導航飛行後只剩約四分之一,任務成功率還往下掉。另外,把一段連線放大之後,飛行也學會了少擦 A,但放大倍數是假設的,不是果蠅原本的數值。

各次更新,按日期排:

  • 2026-10-03:原本是「腦裡學會了、飛行沒變」。把線索細胞到輸出細胞的連線放大之後,飛行第一次學會少擦 A(兩批學習者都過)。放大倍數是假設的,不是果蠅原本的數值,見下方「能說 / 不能說」。
  • 2026-10-04:接著問「記憶能不能傳到果蠅腦自己負責轉向的細胞」。只看腦內的反應、不讓它指揮飛行時,傳得到:把轉向細胞有多容易放電,改成在活果蠅身上量到的數值之後,30 隻新學習者裡穩定看得到。但讓這些細胞真的指揮飛行時,所有事先定好的設定都沒有學會。最接近的一組用新學習者確認時沒有站住。
  • 2026-11-09(10-12 到 11-09 的實驗):加大樣本之後,讓轉向細胞(DNa03)直接指揮飛行時,記憶確實改變了飛行,但很小:六批 392 隻合併 +0.042(p < 5 × 10⁻⁶,統計上很難是碰巧)。瓶頸找到了:記憶在輸出細胞上很清楚,經過「輸出細胞 → 轉向細胞」這一段只剩約 1.6%。改用人寫、換算倍率事先校準的讀取程式後,效果放大到 +0.10(60 隻 51 勝 9 負)。之後在 60 隻新學習者上複製成功(+0.070),並第一次和「直接告訴無人機哪根是 A」的人寫的規則比:學到的記憶給的效果,和推力 0.4 的人寫規則一樣大(差 +0.004,分不出來),約是推力 0.8 的三成。
  • 2026-11-11:事先寫好判定標準的檢定過了:在測試場景裡,學到的記憶至少保住人寫的規則(推力 0.4)一半以上的效果(120 隻新學習者)。接著把同一顆腦學到的記憶接進導航飛行:還是偏向 A,但只有人寫規則的約四分之一,而且整趟任務的成功率從 0.93 掉到 0.79–0.81。
先看懂四個詞

先看懂四個詞

A 柱、B 柱:柱子長得一樣,只是我們規定一半叫 A、一半叫 B。看到 A 時送一組視覺訊號進腦,看到 B 時送另一組。只有擦過 A 才會被罰。

記憶有沒有寫進去:看「A 的訊號通往輸出細胞的連線」有沒有變弱、B 的有沒有保留。這是在腦裡直接量的。

飛行有沒有學會:比學習前後「擦過 A 的次數」有沒有比 B 少得更多。而且要比兩個對照組(拿來比的那一組)明顯:一組是「不學習」,一組是假腦(接線被隨機打亂)。

讀取程式:把腦裡細胞的活動換算成無人機往旁邊移多少的那一段。可以是人寫的程式,也可以直接用果蠅腦自己負責轉向的細胞。

文字說明

給想查原始紀錄的人:2026-11-09 更新對應 CM12 到 CM33;2026-11-11 更新對應 CM35、CM34。步驟表依序:加大樣本 CM14–CM16(96 隻那批是 CM15a、184 隻那批是 CM16a);讓記憶更能分辨 A、B 是 CM17–CM19;拆開讀取路徑 CM20;改讀取這一端 CM21–CM25(另加改讀突觸電流);六批合併 CM26;改學習這一端 CM26–CM27;完美讀取要推多大 CM28–CM29;換算倍率事先校準 CM30–CM32;複製與對照人寫的規則 CM33;「至少保住一半」的檢定(原文稱不劣檢定)CM35;接進導航飛行 CM34。