当人类听到熟悉的歌曲时，大脑记住的并非每个音符的具体时长与速度，而是音符之间相对时间关系。这一种灵活的节律感知，让人们即便在歌曲变速、更换乐器演奏后，依然能准确辨认。

4月3日，国际顶级学术期刊《科学》正式发表南方医科大学奎因·索尔维（Cwyn Solvi）与彭飞教授课题组联合完成的研究成果 ——《熊蜂灵活、抽象的节律感知》。

该研究通过严谨的对照实验与跨模态测试，首次清晰证实：熊蜂不光能分清复杂的节奏，还能把握节奏里的时间规律，就算节奏变快变慢或者从震动换成闪光，它也能认出来。这一发现加深了人们对无脊椎动物时间认知能力的理解。

彭飞解释，研究一方面将抽象节律认知的研究范围，从哺乳动物和鸟类进一步拓展到了昆虫等无脊椎动物，提示节律感知可能比想象中更早在演化中出现；另一方面也促使人们重新思考“微型脑”的潜力——体积微小、神经元数量有限的熊蜂，竟能处理抽象的相对时间结构这类高级信息，这为研究脑认知的起源及其背后的神经机制提供了新的可能。

近日，南方+记者采访了论文通讯作者、南方医科大学公共卫生学院心理学教授彭飞。

 “看懂” 时间节律：

节律变速仍可精准识别

团队开展熊蜂节律感知测试，通过三个实验发现，熊蜂能区分简单节律，不用懂具体时间单位，只要认准时序模式就能判断，就算节律整体加快或放慢，只要内部比例不变，它也能准确识别，证明熊蜂具备初步的节律感知能力。

南方+：能否请您谈一谈这一次科学研究？

彭飞： 大家提到节律，首先想到的可能是生物钟，或是音乐中的节奏感，这些都属于节律范畴。节律，用大白话讲，它就是一连串事件，这些事件在时间上有固定顺序。这一次有一个初步发现：熊蜂能够区分两种非常简单的节律，比如长闪光和短闪光组成的不同序列模式。就算把整个闪烁过程整体加快或者放慢，它们照样能认出是同一种模式。这就说明，熊蜂能感知时间上的结构，能“看懂”节奏。

南方+：这一结果是如何做出的？

彭飞： 主要是做了三个实验。第一个实验设计得较为保守简单。一组刺激是：300毫秒亮、100毫秒灭，循环重复，这一节律模式对应的是糖水奖赏。另一组则是：100毫秒亮、100毫秒灭，同样循环，这一模式对应的是惩罚。实验刚开始时，熊蜂面对两个正在闪光的盒子，并没有偏好。但经过多次训练后，熊蜂就会明显偏向选择带有奖赏的节律刺激。最终在测试阶段，它几乎只会停落在奖赏对应的盒子上。

南方+：第一次实验建立起长闪光与奖励之间的关系，第二次实验目的是什么？

彭飞： 第一个实验里，即便熊蜂真能分清两种节律，也还不能说明它真的理解了整个序列，因为它也可能只是在看单次闪光的时长。比如它只要记住：300毫秒的长闪光有奖赏，100毫秒的短闪光没奖赏，单靠这一个线索就能做对选择。所以，该实验并不能证明熊蜂真在感知“节律”。

第二个实验的关键就在于排除更简单的解释。该实验中两种待选闪光模式都包含300毫秒和100毫秒的闪光，单看某一次闪光已经无法区分。熊蜂必须去看组合模式，比如识别“两个300毫秒闪光连在一起”的整体结构，才能做出正确选择。结果发现，这种情况下熊蜂还是能做出正确的选择。

南方+： 您觉得，熊蜂需要理解“300毫秒”这样的时间概念吗？

彭飞： 熊蜂并不需要知道时间单位，它只有长短之分，能分辨出整体模式不一样就足够。就像拎两桶水，一桶10公斤、一桶5公斤，只要能感觉到哪个更重、哪个更轻，就能做出判断。在实验中，我们不能直接断定熊蜂拥有抽象的时间概念。它可能只是依靠一种很基础的能力：能稳定分辨出两种时序模式不一样。

南方+： 既然证明它对节奏有感知了，为何要设计第三个实验？

彭飞：大家刷小视频的场景：开倍速看视频，不管是1.0倍、1.5倍还是2.0倍，照样能听懂内容、明白意思。这是因为大脑理解了字与字之间的时序关系、相对结构、速度变了，但结构关系没变，也不妨碍大家的理解。在第三个实验中，团队把训练过的节律模式整体变速之后，发现熊蜂依然能准确分辨，就说明它所利用的并不是某一个固定速度下的绝对时长信息，而更可能是记住了节律里相对的时间结构。

南方+： 如何保障相对时间结构没有被破坏？

彭飞： 就像一张图片，只把它整体放大或缩小，不去改动里面任何一个局部细节。原本一段完整节律全长3秒，现在把它整体压缩到2秒甚至1秒，但内部各个时间片段的相对比例不变，原来各段占多少比例，压缩后还是占多少比例。

从变速到跨模态：

不学闪光亦能辨识节律

跨模态其实是从一种感官模式切换到另一种，比如从视觉换成听觉。彭飞团队在熊蜂变速实验后，为排除刺激干扰，开展跨模态实验。实验先以规律振动训练熊蜂，再将刺激换成陌生的灯光闪烁（节律不变），熊蜂仍能正确选择。它们具备高级节律感知能力，且这种能力可跨模态通用。其背后的具体机制，尚待进一步研究。

南方+： 在做了变速实验后，为何会有做跨模态实验的想法？

彭飞： 其实我心里有一个更大的怀疑：熊蜂会不会只是利用了一些刺激细节，才完成任务的。要想彻底排除掉刺激本身带来的干扰，跨模态实验是很好的方法。跨模态相当于换了一套完全不一样的信号。当时就想，如果这个实验能做成，那结论基本就是一锤定音了。就算做不出来也很正常，毕竟跨模态节律实验在很多动物里都还没有成功先例。

南方+： 能否说一下跨模态实验是如何做的？

彭飞： 跨模态是从一种感官模式切换到另一种，比如从视觉换成听觉，从听觉换成嗅觉，这些都算跨模态。在最后实验里，先使用了振动对熊蜂进行训练。熊蜂腿上本身就有机械感受器，所以设计了T字形迷宫，让它在里面走动。我们在迷宫底部装上了可以产生规律振动的装置，程序设定和此前闪光模式完全一致，结果熊蜂能根据震动的模式做出正确判断、选择有奖励的那一侧。之后，团队把振动完全撤掉，换成灯光闪烁，节律模式完全不变。结果熊蜂依然能做出同样正确的选择。这就说明，它不是在记某一种感官刺激，而更可能是学会了抽象的时间节律结构，还能在两种模态之间迁移。

南方+： 测试是在同一个迷宫吗？熊蜂是否利用了认路能力？

彭飞： 是在同一个迷宫。但考察的并不是熊蜂认路的能力，而是它能不能把两种刺激建立起对应关系。关键点在于——参与测试的这些熊蜂，完全没有闪光的学习经验。它们只在振动模式下受过训练，对灯光闪烁是完全陌生的。按常理来说，它们根本不可能做对。但实验结果是：它们真的做对了。这个现象本身就很有意思，具体背后的机制我们还不能完全下定论，更多是留给大家去思考。目前能间接推断的是：熊蜂的微型脑里，很可能形成了一种独立于感官模态的抽象表征。不管信息是来自视觉的闪光，还是来自触觉的振动，它捕捉到的都是时间序列里的相对关系。

南方+： 人类也拥有这种高级能力。

彭飞： 是的。比如盲人靠触摸来识别文字，还能在脑中形成形象，甚至用语言描述出来，这就是典型的跨模态能力。很可能是因为我们大脑里有一类高级神经元，它编码的不是“眼睛看到什么样”“手摸到什么质感”，而是这个东西的抽象概念。

南方+： 所以，大家常说“我不知道摸的是什么”，这句话其实很有道理。

彭飞： 对。如果是完全没见过、没认知过的新东西，自然没法对应，也就谈不上跨模态了。跨模态本质上就是：在一种感官下学会的认知，能迁移运用到另一种感官里，这和人类依靠知识经验进行判断非常相似。能做到这一步，其实本身就是一种很高级的认知能力。

刷新认知：

熊蜂微型脑为AI研发提供新思路

节律感知对熊蜂生存至关重要，可帮助其判断距离、控制飞行、导航找路等，动物生存中动态时序信息的作用常被忽视。该研究颠覆了节律感知是少数高等动物“专利”的认知，还为AI领域提供启发，昆虫脑运作逻辑或助力开发更高效精简的AI系统。

南方+：节奏感知对于熊蜂这种动物来说为何很重要？对他们的生存繁衍起到什么作用？

彭飞：熊蜂在日常飞行中，可能本来就会频繁用到这种能力。熊蜂飞得很快，飞过不同物体时，眼前会不断出现忽明忽暗的光影变化。这些信息对它非常关键：可能用来判断距离、控制飞行、识别环境、找路导航等等。在许多我们没注意到的地方，可能充满了各种节律模式，熊蜂很可能需要识别这些模式来生存。所以我们推测，识别类似动态的时序关系，对动物来说可能非常重要。只是我们平时研究时，更习惯关注静态特征，却忽略了一点：动物始终处在运动之中，动态的时序信息，在它们生存的方方面面都可能扮演着关键角色。

南方+： 您上次还做过熊蜂情绪传染的研究，两次研究有何联系？

彭飞：从研究定位上看，两者更像是并列关系，各有侧重。但如果深挖内在联系，其实它们都和时序信息加工有关。比如在情绪传染实验里，一只熊蜂观察另一只处于积极情绪的同伴几十秒，之后自己也会进入类似状态。这个“观察”过程并不是静态的，它需要持续接收对方的行为信号，把一连串动态信息识别出来，再转化成自身内在状态的改变。从这个角度看，两项研究其实是相通的，都涉及对时序性动态信息的处理。

南方+：如果熊蜂能听懂一段节奏，产生了情绪，它能不能再把这种节奏表现出来，甚至传递给其他同伴？

彭飞：这是一个有趣的设想。它已经能读懂视觉上300毫秒的节律模式，在这种刺激下，它会不会表现出更积极的情绪？我们没有测量过，还不能下定论。但如果真的会，结合我们之前的情绪传染研究，它就有可能把这种情绪状态传导出去。不过这里要分清一点：它传导的更多是情绪状态，而不是具体的刺激信息本身。像闪光或者振动这种具体信息，熊蜂大概率是无法直接传递给同伴的。

南方+：这个研究颠覆了过去什么认知？

彭飞：过去，除人类之外，时序处理、节律感知能力大多集中在鸟类等动物上。很多鸟类会鸣唱，能唱出一整段序列、不同乐句，这种能力被认为需要比较复杂的大脑才能实现。如果能证明小小的昆虫具备节奏感知能力，那就意味着需要重新思考：节律感知、时序处理，也许并不是少数高等动物的“专利”。未来如果更多研究者从简单大脑入手寻找证据。

南方+：这项基础研究对人工智能（AI）等领域有何启发？

彭飞： 其实AI发展本身就植根于神经科学。最早的深度学习架构，很多灵感就来自对猫视觉系统的研究。如果昆虫这么小的大脑，都能如此灵活地处理多模态、多层次的时序信息，那昆虫脑的运作逻辑本身就非常值得挖掘。目前已经有一些AI模型借鉴了昆虫脑的架构，未来基于这类发现，或许还能开发出更高效、更精简、更鲁棒的新一代AI系统。

南方+：这项研究过程中，是否遇到过来自同行的挑战或质疑？

彭飞： 一个主要的质疑点在于：熊蜂是否基于某个局部线索就做出了快速判断？因为在实际飞行中，熊蜂开始注视的起点是随机的，它看到的可能只是节律序列的一个片段。如何证明它感知了更完整的序列才做出判断？这个问题也是证明其具备抽象节律感知能力的关键所在。为此，我们补充了行为过程证据，表明熊蜂在做出选择前，注视刺激的时间长短与正确率高度相关。这个证据间接支持了我们的观点，即熊蜂需要整合一段时间内的信息，而不是仅凭一个瞬间的局部线索。当然，熊蜂具体是如何捕捉和整合这些信息的，则是我们下一步想要深入研究的方向。

相关阅读：

广东科学家：大黄蜂也能“共情”，“情绪传染”的现象起源可能更早

人类如何“读懂”大黄蜂的“感同身受”？

采写：南方+记者 黄锦辉

摄影：南方+记者 梁钜聪

设计：吴颖岚 谭唯

通讯员 胡琼珍 柯佳