老鼠都会飙车了,你科目三还没过?

图片来源:kelly Lambert/University of Richmond


在科学家手中,小鼠和大鼠除了用于解剖、研究各种生理特征,还被拿来走迷宫、荒野逃生,完成了一系列复杂的行为。而现在,这些啮齿动物又掌握了一项新技能——开车。


撰文丨杨心舟


相比于各种复杂、昂贵的生理学研究,用啮齿动物开展的行为学研究更加简单,并且能立即观察到实验结果。因此,科学家一直都在创造和设置各种复杂的任务来训练小鼠,并探究它们完成任务时大脑的神经基础变化。



被玩坏的鼠


其中最经典的行为学研究方式,是上世纪30年代美国行为主义心理学家斯金纳提出的操作条件反射。实验中,研究人员会设立一些特殊的条件来测试啮齿动物的反应。接受反复的刺激后,它们就会发现,一些信号或者自己的某些行为会触发特定的事件。


更高级的还有水迷宫和“干”迷宫这类空间任务,可以让小鼠或大鼠在不断训练中记住对应的逃生通路,或者去往固定的区域来避免一些不利条件的影响。比如水迷宫中会设置一些平台供小鼠站立,另外的爬行迷宫也会放置一些食物奖励来驱使小鼠前进。



在这些认知类型任务中,啮齿动物都展现出了强大的学习能力。但是,一直有科学家怀疑在实验室条件下,小鼠和大鼠的学习潜能还没有完全开发出来。曾发表在《自然》上的一项有关野生大鼠的追踪实验,就展现出了这类动物在复杂环境中不可预料的超强学习能力。


当时,研究人员将一只丹麦大鼠放生到了完全没有鼠类生存的小岛上,然后尝试对其进行追踪和抓捕。结果出人意料,他们一共花了4个多月才抓到这只大鼠。根据追踪设备的记录,这只大鼠几乎探索了面积约9.5公顷的整个岛屿,还在开阔水域中游行了400多米,登上了另一座岛。可以说,它采用了各种方法来躲避追捕。不过在实验室条件下饲养的大鼠,却没有展现这些特殊的本领,很容易就能被抓到。



大鼠学会开车


尽管当时该项研究是为了探究更好的捕鼠措施、寻找防治岛屿鼠患的方法,但来自美国里士满大学的Kelly Lambert从中受到了启发。她认为,实验室条件下小鼠或者大鼠完成的认知类任务并没有完全发挥它们的潜力。因此,她和同事们决定在经典的认知类型任务上,添加一项运动任务——驾驶车辆。她们将这种特殊设计的车称之为大鼠操控车(rat-operated vehicle,ROV)。


图片来源:Kelly Lambert/University of Richmond


这辆ROV构造并不复杂,有点类似于我们小时候玩过的碰碰车。由铜丝网打造的驾驶室中有一个长条形的踏板,当大鼠踩压踏板时车就会向前进;松开踏板就会停车。车辆被放置在一个1.5米长,0.6米宽的训练场中。训练场的围挡由透明的亚克力板构成,不过研究人员在训练场一侧放置了一块醒目的黑白相间板,用以吸引大鼠的注意力。


在正式训练开始一周前,研究人员在大鼠的栖息环境中放置一个类似车厢的容器,让大鼠对这种新事物产生刺激,并且在此期间它们还会接受棉花糖奖励。在这些预备措施下,大鼠进入训练场后立即对ROV产生兴趣,并钻进车内。



在训练场中,大鼠如果不处于车内便无法获取食物。研究人员会利用沾有棉花糖的容器放在车前晃动来吸引大鼠,它们只有想办法让车子动起来才能获得棉花糖。最终,它们知道只有踩踏板驱动车辆行进才能获得食物。此后,食物的放置距离会离车越来越远,最终会放置在训练场一端的特殊位点,因此大鼠只有自己开车才能获得食物。研究中的这种开车训练,一周会进行3~4次,每次时长1小时。研究人员连续对两只雄性成年大鼠训练1个月后,它们已经能够自行开着车向前行进1.1米



除了直线开车,大鼠还在进一步的训练下学会了自如地对车辆进行控制。在一辆包含左、中、右3个踏板的小车内,它们知道通过按压不同的踏板来控制车辆的行进方向,决定要前进还是拐弯“它们通过一种特殊的方式学会了驾驶车辆,并且还能够使用踏板这种它们从来没见过的工具来获得食物。”Lambert表示。



在实验一开始,Lambert也受到了《自然》研究的启发,她认为生存在不同环境中的鼠会展现出不同的学习能力,而在实验室环境饲养的大鼠学习能力肯定要更弱。因此她在训练之前也将大鼠分别饲养在了两种环境下,一种居住在普通的实验室条件下,另一种居住在模拟野外的环境中。


结果在参与“学车课程”中的11只雄鼠和6只雌鼠中,完成得又快又好的都是那些生活在复杂环境中的大鼠,而生活在单调的实验室环境下的大鼠学习速度要慢很多。



开车的启示


当然,研究让大鼠学会驾驶车辆并不只是为了猎奇,其实很多学习行为背后都与大脑的神经功能和机制有很大联系。一项发表在《柳叶刀·神经病学》的研究就曾指出,动物在积累一些特殊经历,学习非必须技能时,会具备更好的情绪控制能力,并且还会产生一些阻止神经疾病发生的分子。


在Lambert的研究中,这些开车成瘾的大鼠到最后即使没有食物奖励,也会不自觉地爬进车厢,进行飙车活动。Lambert推测,他们在训练大鼠的时候,激活了大鼠的奖励系统为此,她分别在训练前和训练开始后收集了大鼠的粪便,对其中的激素成分进行了检测。


其中她重点分析了皮质酮和脱氢表雄酮(DHEA)两种激素的比例,DHEA激素水平越高也代表着个体处于更加放松的状态。结果显示,那些在复杂环境中饲养的大鼠在接受训练后,DHEA激素显著升高,这说明它们在学习过程中所受的压力很小,可以说是乐在其中,这也是它们为什么学习速度更快的原因。


从小鼠、大鼠会受刺激引导进行爬行,跨越障碍物,再到学会完成复杂的迷宫任务,如今该研究也证实了它们还能够学会开车。这说明啮齿动物大脑的神经可塑性远远超过了我们之前的预测。“我们或许从没意识到大鼠能如此聪明,但实际上许多动物的聪明程度和我们的想象完全不一样。”Lambert表示。


现在,这项大鼠开车的研究已经被《大脑行为研究》所接收,Lambert也表示这项开车实验测试还只是开始,在未来她想用这种更复杂的方法来替代迷宫任务。这样能够研究类似帕金森病人的大脑是如何处理运动功能,感知空间的,又或者探究抑郁症患者消极情绪背后的原因,毕竟实验中的大鼠只需要开开车就能保持非常愉悦的状态。


原始论文:

Enriched Environment Exposure Accelerates Rodent Driving Skills

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166432819311763?via%3Dihub




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