老鼠可能有想象力

新的研究表明,老鼠可能会想象它们去过的地方,并思考移动的物体。
A white rat pops its head out of a black box. Like in humans, the rat’s hippocampus is the part of the brain where mental maps of the world are stored.
与人类一样,老鼠的海马体是大脑中存储世界心智地图的部分。 Deposit Photos

沉浸在思绪中并发挥想象力进行白日梦的能力可能并非人类独有。一项于11月2日发表在《科学》杂志上的研究发现,老鼠可以思考眼前不存在的物体和地方。

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想象离我们当前位置的地方是我们记忆和构想未来可能情景的一个组成部分。如果动物拥有这种能力,它们可能就拥有与我们物种相似的想象力。

“老鼠确实可以在不亲自前往的情况下激活环境中的地点表征,”该研究的合著者、霍华德·休斯医学研究所的工程师兼神经科学家Chongxi Lai在一份声明中说。“即使它的身体是固定的,它的空间思维也能到达非常遥远的地方。”

为了解更多信息,Lai和他在马里兰州霍华德·休斯医学研究所的团队设计了一系列实验,以了解老鼠是否能用它们的思想想象前往某个特定地点或移动一个遥远的物体。

一款适用于老鼠的新型脑机接口和虚拟现实系统。在本实验中,一只老鼠仅通过思考它想去的地方,就使用该系统进行导航。根据该系统的规则,老鼠的实际移动不会影响它在虚拟环境中的位置。只有通过控制其海马体的大脑活动,老鼠才能控制它的去向。具体来说,在该系统中,动物被虚拟地移动到海马体活动所代表的“解码位置”。图片来源:Lai 等人。

解读老鼠的思想

当人类和啮齿动物经历事件或访问地点时,它们的海马体中会激活特定的神经活动模式。大脑的这个区域负责空间记忆,并存储老鼠世界的心理地图。它也参与回忆过去的事件和想象未来的情景。为了回忆记忆,海马体会产生与地点和事件相关的特定模式。黑猩猩已被证明拥有假装的能力,但科学家仍在研究黑猩猩和其他非人类动物如何思考

为了窥探老鼠的大脑并观察这些大脑模式,该团队开发了一种实时“思想探测器”。该系统测量神经活动,并使用脑机接口 (BMI) 来翻译其含义。

该BMI建立了连接,连接了老鼠海马体中发生的电活动与动物在360度虚拟现实竞技场中的位置。这使得研究人员能够观察老鼠是否能在不实际前往的情况下,通过激活海马体活动来思考虚拟竞技场中的某个地点。

一个老鼠“思想词典”

在BMI到位后,该团队着手解码老鼠的大脑信号。他们构建了一个“思想词典”,记录了老鼠在实验中在虚拟竞技场中移动时大脑活动模式的样子。

为此,老鼠被固定在虚拟现实系统中。当老鼠在球形跑步机上行走时,它的运动被投射到360度屏幕上。当老鼠导航到目标时,它会获得奖励。

当老鼠在跑步机上行走时,BMI系统记录了海马体中发生的活动。当老鼠在虚拟竞技场中导航以达到每个目标时,该团队观察到哪些神经元被激活。这些信号为实时翻译海马体中发生的事情提供了基础。

在设置好思想词典后,该团队断开了跑步机。当老鼠重现与走向目标地点相关的海马体活动模式的第一步时,它会获得奖励。

跳跃者任务和绝地任务

接下来,他们为老鼠设计了两种不同的任务——跳跃者任务和绝地任务

在跳跃者任务中,BMI将老鼠的大脑活动转化为屏幕上的运动。动物基本上是通过思考它需要去哪里来获取奖励,从而利用它的思想来寻找奖励。这是一种思维过程,类似于我们上班或上学时,想象沿途的建筑物和地点。

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绝地任务中,一只老鼠在脑海中假想地将一个物体移动到一个位置。老鼠被固定在一个虚拟位置,但通过控制其海马体活动来想象将物体移向目标。这类似于一个人坐在沙发上,想象起身去厨房倒一杯水。然后,该团队改变了老鼠的目标位置,这要求它产生与新位置相关的活动模式。

他们发现,老鼠能够精确而灵活地控制其海马体活动。令人惊讶的是,它们能够维持这种活动,并长时间地将思绪集中在某个地点。这个时间范围与人类回味过去事件或想象新情景所需的时间相似。

“最令人震惊的是,老鼠学会了如何长时间地思考某个地点,而不是其他地点,这超出了我们可能天真地认为的老鼠的注意力跨度,”该研究的合著者、霍华德·休斯医学研究所的生物物理学家Tim Harris在一份声明中说

根据该团队的说法,这项研究表明BMI如何用于探测海马体活动,并可能成为研究大脑这个关键区域的新方法。BMI越来越多地用于假肢,这项新工作也可能用于开发基于这些相同原理的设备。

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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