众所周知，老鼠可以通过训练来完成简单的任务以换取奖励。用一小块食物贿赂饥饿的老鼠，或用一滴水贿赂口渴的老鼠，就可以鼓励它们走迷宫或点击特定的按钮。但有时，老鼠的行为会出乎意料，无法完成手头的任务。研究人员通常将这些行为视为简单的错误，是注意力不集中或缺乏参与造成的。然而，《当代生物学》杂志 4 月 26 日发表的一项研究表明，事情并非如此简单：老鼠能够理解任务规则，但仍然会偏离行为，可能是在检验自己的假设，并试图了解更多关于它们周围环境的信息。
“这些老鼠的内心生活比我们可能认为的要丰富得多。它们不仅仅是刺激反应机器。它们可能有策略。”
在行为测试中，老鼠做出的决定似乎比简单的寻求奖励的选择要复杂得多。在实验室中人类设定的试验中，老鼠可能一直在探索和重新测试它们环境的规则，并进行它们*自己*的小实验。
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这些发现拓宽了我们对啮齿动物大脑内部活动的理解，并表明老鼠和其他非语言动物可能知道的比它们表现出来的要多。这项研究最终可能有助于阐明人类行为的神经学基础。“这些老鼠的内心生活比我们可能认为的要丰富得多，”约翰霍普金斯大学神经科学助理教授、该研究的资深作者Kishore Kuchibhotla说。“它们不仅仅是刺激反应机器。它们可能有策略，”他补充道。
轮子上的老鼠
这项工作建立在之前测试老鼠进行简单舔食任务的研究基础上，并通过一个双向选择测试增加了复杂性，以解析老鼠的动机。Kuchibhotla 和该研究的主要作者、神经科学博士生Ziyi Zhu训练口渴的老鼠，让它们被限制在原地，用前爪向特定方向转动轮子以响应声音。一种音调对应向右转动轮子，第二种音调对应向左转动。如果老鼠对其中一个声音做出正确的动作，它们就会得到一小杯水。如果它们向错误的方向转动轮子，或者根本不转动，什么也不会发生。
在涉及 13 只老鼠的数千次试验中，研究人员追踪了老鼠的选择、反应速度和准确性，并注意到了几个模式。首先，随着试验的进行，老鼠在决策方面似乎变得更加准确，这表明它们正在掌握手头的任务。个体老鼠在选择轮子方向时似乎也有其独特的习惯和偏好。即使当老鼠达到了熟练的轮子转向能力时，它们仍然会显示出短暂的错误反应——通常会反复朝同一个方向转动轮子，而不管听到哪种声音。
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为了更好地理解这些短暂错误期间发生的情况，Kuchibhotla 和 Zhu 引入了“探针”试验，在这些试验中，他们暂时停止奖励正确答案的老鼠。很快，老鼠就改变了方向，停止了探索，并开始更准确地响应左右声音提示，遵循它们被训练的模式——这表明老鼠理解它们应该做什么来获得水杯，并且一直在故意放弃奖励。
“作为在动物模型中工作的行为神经科学家，我们有责任想出更聪明、更丰富的方法来从非语言动物的[行为]中提取意义，”西奈山医院的神经科学家和精神病学家、进行动物行为研究但未参与这项新研究的Brian Sweis 博士说。“我认为这篇论文做得很好……这是对行为分析的精彩深入研究，”他补充道——特别是提到了对初始试验数据的后续检查以及研究人员改变实验方式的方式。
“看起来动物似乎犯了很多错误，但这些错误期间，它实际上变得更聪明了。”
Zhu 和 Kuchibhotla 使用计算模型评估了每次试验结果与之前和之后试验结果的关系，以及哪些因素似乎影响了老鼠的行为。他们发现奖励起着重要作用，但偏向于以特定方向旋转轮子也起着作用，这种偏好因老鼠而异。然而，这种偏好并非固定不变——老鼠会改变策略，在许多试验过程中会朝两边转动，当研究人员给老鼠提供专门针对它们偏好方向的声音提示时，老鼠会表现出更多朝向非偏好一侧旋转轮子的时期。总而言之，这些观察表明存在一种动态的选择偏好，研究人员推测这是一种学习策略。
无语言学习
“老鼠令人惊讶地采用了更高层次的方法来学习即使是简单的任务，这可能看起来是适应不良的。看起来动物似乎犯了很多错误，但这些错误期间，它实际上变得更聪明了，”Kuchibhotla 说。“我们将这些动物置于这些奇怪的境地。它们不知道环境何时可能改变。它们不知道我们何时可能改变规则。这种持续的探索是有价值的。”
人类可以依赖语言来理解任务，而非语言动物则必须自己找出特定情况下的规则。Kuchibhotla 认为，这种差异可以解释为什么老鼠在任务中会采取这种持续变化的策略。“语言或书面指令压缩了探索的心理空间。一旦你知道该做什么，就没有必要探索了。这是我们的一个假设——在没有指示的情况下，人类也会进行持续的探索。”他目前正在进行人类行为试验的后续研究，以确定这是否属实。
从老鼠的错误中学习
其他后续工作包括追踪老鼠在进行轮子转动任务时的神经活动，训练和测试老鼠同时执行多项任务以观察策略如何变化，以及让认知障碍老鼠进行类似的测试，这最终可能揭示阿尔茨海默病等人类神经系统疾病的潜在模式。
这项单一研究的证据存在局限性。Sweis 认为，尽管研究人员非常谨慎，但比策略更简单的事情仍然可能在起作用。例如，也许老鼠之所以不时改变转动轮子的方向，是因为它们的前爪累了。“我不认为这否定了[研究作者]在这里展示的任何东西，但身体因素可能是驱动因素，”Sweis 说。“我们必须在整个身体的背景下理解大脑。”
尽管如此，他解释说，检查选择过程“使我们能够深入了解大脑工作的多种不同方式”，并可以阐明事情出错时正在发生什么。他建议另一项后续项目可以研究衰老如何影响探索过程，以及任务灵活性是否会随年龄增长而转移或下降。有许多可能的有趣研究方向，这项研究“为我们更深入地理解生物学奠定了坚实的基础”。
它重新定义了对过去几十年啮齿动物行为研究结果的看法，在这些研究中，错误被视为无趣的失败而被忽视。“动物需要犯错误才能学习，”Sweis 说——而我们也能从它们身上学到很多东西。
