陪老鼠玩捉迷藏还能发Science
2019-09-29 17:19

陪老鼠玩捉迷藏还能发Science

本文来自公众号:科研圈(ID:keyanquan),作者:戚译引,Photo by Zdeněk Macháček on Unsplash


几乎每个人小时候都玩过捉迷藏,游戏规则很简单,却仿佛能带来无限的乐趣。最近,德国的几位科学家还跟大鼠玩起了捉迷藏,并将结果发到了 Science (DOI: 10.1126/science.aax4705)


你没看错,不是大鼠们一起玩捉迷藏,而是人类和大鼠玩捉迷藏。柏林洪堡大学(Humboldt—Universitat zu Berlin)神经科学教授、论文通讯作者 Michael Brecht 在观看萌宠视频的时候产生了灵感,想知道动物能不能学会玩捉迷藏。研究生 Annika Reinhold 马上抓住机会,要验证这个猜想。


如何跟大鼠玩捉迷藏


Reinhold 花了 1 到 2 周训练了 6 只大鼠,所有的大鼠都学会了去找实验员,其中 5 只还学会了角色转换,藏起来让实验员来找自己。


这项实验在一间面积 30 平方米的房间里进行。实验室里有一个可以遥控开启的小盒子,被记为游戏的起点。将大鼠放进盒子里盖上盖子,大鼠们就知道轮到它们去找了。实验员藏好后,遥控打开盒子放出大鼠。如果大鼠来到实验员身边 40 厘米内,并且直视着实验员,就定义为成功找到。这时候实验员会和它们玩一会儿,比如挠痒痒。


接下来,双方转换角色。实验员把大鼠放在盒子里(起点),但不盖上盖子,而是在盒子旁边蹲下来不动。这时候大鼠会跳出盒子寻找藏身的地方,90 秒后实验员会开始寻找,找到后就和它们玩一会儿。


图片来源:Pixabay


实验发现,大鼠们会根据不同环节采取不同策略。实验中使用了三种不同材质的遮蔽物,分别是透明塑料盒、不透明塑料盒和纸板箱。大鼠躲藏的时候往往会选择不透明的盒子,而当角色转换,轮到大鼠去找实验员的时候,它进入透明盒子和不透明盒子的频率大致相等,但总的来说进入盒子的频率更低,进入纸板箱的频率更高——因为人类朋友们没法躲进塑料盒里。


而且,如果实验员连续几次藏在同一个地方,大鼠寻找的时间和错误率就会逐渐下降;如果实验员随机躲藏,大鼠寻找的时间和错误率都会增加。这些表现都说明,大鼠和实验员的互动不是随意而无目的的,它们确实投入了游戏。


大鼠为什么要玩游戏?


在这个过程中,大鼠不会得到任何小零食奖励,这点非常重要。传统的行为学实验常常用食物或水作为奖励,但是在这个实验中,研究人员想知道大鼠们是不是具备一些更高级的追求——比如说,社交互动是否足以激励它们参加活动?它们在这个过程中是不是感到了快乐?


为了解答这个问题,研究人员借助了声音分析和大脑活动监测。大鼠会发出人类无法听到的超声波,实验发现它们在互动、返回准备开始下一轮游戏、发现或寻找藏身地的时候会更频繁地发出叫声,这很可能是一种开心的表现。不过,大鼠们经过 20 轮实验之后就会开始感到疲倦。这些表现都和其他提供食物奖励的实验非常不同——在那些实验中,大鼠通常能够不厌其烦地完成上百次尝试,但是很少发出叫声。



图片来源:Pixabay


大鼠为什么要玩捉迷藏这样的游戏呢?论文中提出了两种假说:社会塑造(shaped-to-play)假说认为大鼠通过游戏获得社交互动奖励;游戏体验(play-to-play)假说认为过程本身就是游戏的目的。


论文作者们认为,观察结果整体上更支持游戏体验假说,原因有 4 点:


  • 大鼠看起来很开心,它们频频发出叫声,并且表现出一些急切的行为,有时还会开心地跳起来(德语称之为“freudensprung”)


  • 如前文描述,它们在游戏中的行为是有目的的;


  • 藏起来的大鼠被找到的时候通常比较安静,而按照社会塑造假说的预测,它们被找到时应该表现得更激动(因为此时能获得社交互动)


  • 被找到的大鼠经常会跑掉,重新藏起来,这种行为延长了游戏过程。


捉迷藏起源之谜


捉迷藏涉及多种复杂的行为,包括决策、导航、动机甚至角色扮演。但是大鼠能够学会捉迷藏,说明游戏涉及的认知功能可能很早就演化出来了。


为了更好地理解捉迷藏的神经机制,研究团队在大鼠的内侧前额皮质(mPFC)植入了无线电极。这个大脑区域与社交和玩耍有关,而电极能够实时监测它们在游戏过程中的大脑活动。他们发现,一些神经元只对游戏的某个阶段作出响应。例如,有一个神经元只在寻找环节开始、大鼠被关在盒子里的时候沉默。论文共同作者 Juan Ignacio Sanguinetti-Scheck 说,仅仅通过观察这个神经元的活动记录,他就能知道同事和大鼠玩了多少轮。


传统的行为学和神经科学实验讲究控制变量,而这次实验一反常规,选择在丰富的环境下和大鼠进行多样的互动。论文作者们总结:“相比将动物行为简化成按动压杆决定‘继续或停止’(go-no-go),这些提供了更多自主性的实验范式或许能够帮助我们更好地了解大脑。”当然,这次实验只提供了比较初步的观察结果,许多问题还有待未来进一步研究。


这家实验室也许接下来不缺课题了,不过这项研究可能会给众多科研人员带来新的困扰——一旦知道大鼠还会玩捉迷藏,没准还玩得很开心,做实验的时候真的有点下不了手啊。


论文信息:

Reinhold A, Sanguinetti-Scheck J, Hartmann K, Brecht M. Behavioral and neural correlates of hide-and-seek in rats. Science. 2019;365(6458):1180-1183. doi:10.1126/science.aax4705


参考来源:

https://www.theatlantic.com/science/archive/2019/09/why-scientists-taught-rats-play-hide-and-seek/597799/

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-09/aaft-rar090919.php


本文来自公众号:科研圈(keyanquan),作者:戚译引

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