渦蟲有記憶嗎？-渦蟲記憶之研究
研究動機﹕
曾在科學月刊看過一篇關於渦蟲記憶的文章感到十分有趣，因為渦蟲雖然有頭化現 象，但沒有大腦，如何能有記憶呢?所以找相關的資料以進一步了解，但都沒有找到其他 人做過相關實驗，於是想自己做做看，檢測渦蟲是否真的有記憶。如果記憶存在，再對渦 蟲的記憶能力及行為模式在做分析，如身體比例的影響、重新學習的速度。
研究目的﹕
1.利用電擊刺激的方式測試出渦蟲確實的記憶長短
2.用非 A 及 B 的模式訓練，再檢測改正所需要的次數與原先訓練次數差異 3.將有記憶的渦蟲依照一定比例分割，在檢測其記憶所存留的比例
研究方法、器材、結果、單一結論﹕
（一） 飼養渦蟲 1. 飼養容器
無嚴格限制限制，2 公升圓水槽約可以養 100~200 隻渦蟲
2. 飼養水
可以採集當地溪水，也可以將自來水放置數日送氣。最理想的是人工飼養水。
配方如下
NaCl 6.4*10-4
M KCl 6.6*10-5 M CaCl2 7.7*10-5 M NaHCo3 1.7*10-4 M
3. 食餌
(1) 切薄片的雞肝或脾臟 (2) 煮成絲的生淡水蟹肉 (3) 煮熟的蛋黃
(4) 活紅蚯蚓
(4) 熱帶魚用乾燥飼料
討論﹕1.一開始使用生豬肝切成小塊餵食，是因為較不易污染水源(渦蟲生活在乾淨的溪流 中，可作為水質污染的指標生物)，也較容易清理，但缺點為比較難吸引渦蟲注意，
牠們要找很久才會發現食物。
2.照片（一）為渦蟲的第一個家，我們設計了水流，濾水棉(一方面過濾雜質，也防止 渦蟲被馬達抽上去)，放入躲陽光的岩石(渦蟲有逆光性)，但因為空間太大，環境太 複雜，會面臨餵食時間太長，餵食效率也很低的問題。
3.照片（二）為渦蟲的第二個家，空間較小，優點是改為餵食生雞蛋黃。把蛋白去除(蛋
白會纏住渦蟲，使之行動困難)，蛋黃放入盒中搓破，放置約 2 到 3 小時，馬上換水，
解決了水質污染和餵食效率的問題。
4. 渦蟲對溫度有高敏感度，約在 5 到 15 度較適當，夏天時控注溫度就變成重要的課 題。
照片（一）渦蟲的第一個家
照片（二）渦蟲的第二個家
（二） 閃光電擊模式
原理﹕先閃光再電擊，使渦蟲知道閃光後必有電擊，而在閃光時為了減少傷害而捲區身體，
如果只有閃光而無施以電擊就會造成渦蟲捲曲身體，代表有記憶。有記憶之後放置，
每半小時檢測一次，觀察記憶消退的情形，觀察渦蟲多久才沒有記憶。
實驗器材﹕製冰盒加裝電擊，渦蟲 12 隻（分大(1cm 以上)中(1~0.5cm)小(0.5cm 以下)各 4 隻）， 閃光燈 Nikon speedlight SB-15，電源供應器，電源控制開關，數位相機(可攝影)，生理 實驗水(大塚生理食鹽水)
實驗﹕
第一部份 製備含離子液體
為了確定實驗中能導電且渦蟲能適應的含離子液體為何，我們使用大塚生理食鹽水分別 調配 1%、2%、3%、4%、5%濃度，再將渦蟲取大(1cm 以上)中(1~0.5cm)小(0.5cm 以下) 三種類型分別放在放在不同濃度的容液中 1 分鐘，觀察活動狀況。
1% 2% 3% 4% 5%
X ○ ○ ○ ◎
X 沒有反應 ○縮成一團 ◎扭動蜷縮
經由實驗結果決定採用 1%大塚生理食鹽水來作為之後所用的實驗用水
討論﹕要在水中電極渦蟲，容液中要含離子，但又不能濃度太高使渦蟲脫水。之前的培 養液中含有太多離子，通電時的產物很難確定產物為和，如電解氯化鈉時，產物為氫氧 化鈉，會使容液 pH 度上升，但是很難確定其對渦蟲的影響，所以直接做實驗測試。
第二部分 不同電壓下渦蟲的反應
從所飼養的渦蟲中抽取樣本 3 隻，分別為飼養中的大型(1cm 以上)、中型(1~0.5cm)、小 型(0.5cm 以下)。在不同電壓之電極以 3cm 的距離不同電壓施以電擊，找到適當電壓。
電壓 (v)
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
反應 X X X X ○ ○ ◎ ◎
X 沒有反應 ○有部份反應 ◎皆有反應
根據此實驗的結果決定所採用的電極盡量不小於 3.5v(有反應的最小電壓)因為 3.5v 是反應最 合觀察的
第三部份 閃光電擊法測記憶長度
從飼養的渦蟲中選取各種大小的十二隻渦蟲，在渦蟲上方距離 25cm 以 A1 模式閃光後電 擊一秒為一循環，每五分鐘做五次循環，每三十分鐘空閃一次閃光燈作為有沒有記憶的 測試。
30 (分鐘) 60 90 120 150 180 210 240
X X X X X X X X
X 代表皆無有記憶 ○代表部分有記憶 ◎全部有記憶
第四部分 閃光電擊法測記憶長度（改良）
我們認為增加頻率也許會比較有效，所以改量實驗。在渦蟲上方距離 25cm 以 A1 模式閃 光後電擊一秒為一循環，每五分鐘做十次循環，每三十分鐘空閃一次閃光燈作為有沒有 記憶的測試
渦蟲：從飼養的渦蟲中選取各種大小的十二隻渦蟲
30(分鐘) 60 90 120 150 180 X X X X X X X 代表皆無有記憶 ○代表部分有記憶 ◎全部有記憶
結論﹕閃光電擊的實驗，在我們密集的進行下 3 個小時左右，渦蟲在身體受到嚴重傷害下仍 沒有記憶，我們不能輕易憑斷說渦蟲不可能訓練出記憶，但是要訓練渦蟲產生記憶，使 用閃光電擊的方法很有可能會徒勞無功，這個實驗是要讓渦蟲因為害怕電擊而再閃光時 就先把身體扭曲，但是我們觀察發現，渦蟲可能無法得到我們要傳遞的訊息，因為渦蟲 害怕電擊所產生的行為可能是離開水面，而不是我們所預期的情況。
（三） 碳棒電擊模式
原理﹕利用一個塑膠盒，在二個相鄰的角裝上碳棒電極，間歇通以電流，離電極較近者所受 電極較強。假設渦蟲放入成自然分布，在電擊數次之後，紀錄渦蟲分布情形，如果靠 近電極數量明顯減少，代表渦蟲有記憶。
實驗器材﹕塑膠盒，渦蟲（大量），源供應器，電源控制開關，數位相機(可攝影)，生理實 驗水(大塚生理食鹽水)。
結論﹕根據公式，可知生物所遭受的刺激與距離平方成反比，所以這種模式較適合用於對於 電壓變化容忍度較大的生物，不是很適合用於渦蟲記憶上的訓練。渦蟲即使在同一 位置他的身體擺放的角度對他本身的刺激也會有很大的影響。再者而言，在一個大 空間中(容器)，渦蟲難以分辨電壓的梯度，甚至也有麻痺的可能。故不適合使用此 模式。
（四） 半盒模式
原理﹕利用一個盒子分成兩半，材質皆為金屬，而兩半盒中間有絕緣體造成兩個金屬盒子不
會互相通電，因此可以讓整個盒子有部分有電流另一部份沒有電流。假設渦蟲放入成 自然分布，在電擊數次之後，觀察二邊的數量，如果無通電一邊數量明顯比另一邊多，
代表渦蟲有記憶。
實驗器材﹕金屬盒，渦蟲（大量），源供應器，電源控制開關，數位相機(可攝影)，生理實 驗水(大塚生理食鹽水)。
結論﹕半盒模式解決了碳棒電擊模式的缺點，但也帶來了新的問題。即是化學問題，金屬與 水接觸通電，會造成電解反應。可能會造成區域的酸鹼改變和有金屬離子溶於水的 可能。這種模式又完全沒有電壓梯度，使得渦蟲更難接收我們要表達的訊息。所以 這種方法雖解決了碳棒電擊模式的缺點，但所製造的問題，更加的難以克服。故我 們認為此種模式對於渦蟲記憶的訓練是不可行的。
（五） T字迷津
原理﹕是用來製造「非 A 即 B 模式」的實驗方法。用自製 T 字吸管，使渦蟲從 T 字尾的地 方進入，渦蟲走到交叉處會選擇走左或右邊，渦蟲走右邊就施予電擊，強迫左彎。假 設渦蟲左右轉機會均等，重複多次後，觀察數據左轉是否比右轉多，如果是，代表渦 蟲有記憶。
實驗器材﹕T 字吸管，渦蟲（1 隻），電源供應器，電源控制開關，數位相機(可攝影)，生理 實驗水(大塚生理食鹽水)。
實驗﹕
第一部份 不同電壓下渦蟲的反應
從所飼養的渦蟲中抽取樣本中的大型(1cm 以上)渦蟲做實驗，較易觀察。
在不同電壓下施以電擊，觀察行為。
電壓 (v)
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
反應 X X ○ ○ ◎ ◎ ◎ ◎ X 沒有反應 ○有部份反應 ◎皆有反應
根據此實驗的結果決定所採用的電壓為 2.5v。因為 2.5v 是反應最合觀察的最小值。
第二部分 T 字迷津 渦蟲 A(體長最長時為 1.1cm)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 RLS L L RS RS RLS RL RB L L LS RS B S X
L 左轉 R 右轉並施以電擊 r 強行向右通過 B 回頭 S 停留超過一分鐘 X 渦蟲太過 虛弱終止實驗
渦蟲 B(最長時為 1.5cm)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RL L L L LRLr RS L RS RL RL 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 RL L r S r B Lr RLRS Lr LRB 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 L B RS B RS S R LS Lr RL 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 RS B B LRL RS L RB RL LRS B 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 LB RLr B L RL B LB RS L B L 左轉 R 右轉並施以電擊 r 強行向右通過 B 回頭 S 停留超過一分鐘 X 渦蟲太過虛 弱終止實驗
討論﹕跟台大陳俊宏教授討論，他跟我們提到了一種可能影響實驗的情況。他曾經做過一個 實驗，要測蚯蚓的爬行速度，他利用小型的玻璃管把蚯蚓放進去讓他沿著玻璃管的方向移 動再測出其爬行速度。結果蚯蚓進入玻璃管以後就不願意再進去同一個玻璃管。教授推測 可能在他痛苦的時候有分泌某種物質，而且根據陳俊宏教授所提供的經驗它分泌的物質具 有強大的吸附力連清洗玻璃管也沒有辦法去除。而蚯蚓第二次不願意進入玻璃管的原因可 能是感應到了這種物質。所以渦蟲在遭受電擊時也可能會有分泌某種物質，如果有，在下 次經過通一地方時有所感應，但這不能算是記憶的一種只能說是對外界的感應，所以如果 實驗數據顯示左邊機率大於右邊時，就換一個 T 字吸管做實驗，看結果是否和之前一致。
結論﹕我們認為渦蟲是一種只有二維空間概念的生物，因為我們觀察到他沒有上下的概念，
有時會沿著吸管的上方前進。我們以吸管左右兩區定義左右轉，他到右邊那區就是右轉，
我們很難確定渦蟲是否接受我們定的左右轉。訓練到後面渦蟲只有越來越疲憊，活動力越 來越差，但左轉的比例並沒有變多，仍然遵守在大自然中左右轉比例相當的情形。故我們 做適當的推測，渦蟲對於我們所定義的左轉跟右轉並沒有明確的感應所以平常在訓練動物 記憶的 T 型迷津對渦蟲記憶的訓練沒有顯著的幫助。
總結論﹕
不能用人類一般邏輯思考方式來設定或預測動物行為。雖然我們設計許多實驗的結果 都是失敗的，但是這一點讓我們體驗非常深刻，也學到許多。我們發現渦蟲與人類非常不 同，我們常常無法把訊息傳達給渦蟲，像是在閃光電擊實驗中，我們認為渦蟲會因為害怕 電擊而捲區身體，但是經過長時間實驗發現，渦蟲害怕電擊所發生的行為可能是離開水面。
而在 T 字迷津的實驗中，我們認為渦蟲因害怕向右走所遭受的電擊而改向左走，但是我們 發現，渦蟲可能沒有上下的概念，因為如果渦蟲沿著吸管頂部倒著爬，又如何能告訴牠要 向哪走呢？希望以後能想出有效的實驗方法。
