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逃避行为不是一种反射,而是一套目标导向的学习行为


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本能行为对动物的生存至关重要,反射也是如此。逃离危险是本能生存行为的一个很好的例子。但我们怎么知道哪里才是安全的呢?

这是一种本能的反射,让我们尽可能快地逃离危险,还是我们的大脑计算出最佳行动方案,根据我们所处的情况调整我们的反应?举个例子,如果你和灰熊面对面,你会跑还是装死?你的选择是否取决于你离安全地带有多近?

最近的一项研究Tiago Branco的团队伦敦大学学院塞恩斯伯里威康神经回路与行为中心的教授,优雅地探索了生存逃脱行为背后的决策制定。

研究小组没有选择灰熊和毫无防备的大学生,而是将未经训练的老鼠放在一个特制的场地中,让它们暴露在再现自然威胁的声光刺激下,以此来测试它们的生存本能。

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第一作者鲁本·瓦尔(Ruben Vale)设计的竞技场是一个改良的巴恩斯迷宫(Barnes Maze),一个大的平面圆盘,周围有20个等间距的洞。每个洞都有可能成为老鼠的庇护所。这一改动意味着巴恩斯迷宫分为两部分,内环部分和外环部分。外环上有可移动的遮蔽孔。这样,当鼠标探索内环时,可以通过旋转外环来移动庇护所的位置。


一只老鼠探索巴恩斯迷宫。图像中心的灰色圆圈是从上方投影的膨胀点。竞技场边缘的黑色圆圈是避难地点,只有一个地方通向避难所,其他都被封锁了。资料来源:鲁本·瓦尔伦敦大学学院的Sainsbury Wellcome神经回路和行为中心

为了调查飞行行为,鲁本堵住了20个洞中的19个,这意味着只有一个可能是真正的避难所。然后,他把一只老鼠放在迷宫里,让它探索。老鼠很快找到了藏身之处,在里面呆了几分钟。当它准备好探索时,老鼠走出庇护所,开始探索迷宫。当老鼠进入迷宫中心时,它会受到超声波刺激或头顶上一个扩大的黑点,模拟猛禽从上方俯冲下来。

每只接受试验的老鼠对任何一种刺激都迅速跑回庇护所。生存反应是如此之大,即使使用投影仪产生的扩展点在老鼠和它的庇护所之间启动,老鼠仍然会直接跑向庇护所,而不是简单地远离这个点。这种暗示的逃避行为是一种目标导向的行为,而不是一种逃离危险的条件反射。

鲁本解释说:“前往安全地带的动力非常强烈。对我们来说,有趣的是老鼠在接受模拟威胁的前几秒钟的表现。他解释道,“我们把镜头放大到每只老鼠的头部,并放慢了视频的速度。”当老鼠感知到模拟的威胁时,它们的第一个动作是转向庇护所。头部总是以最短的角度移动,所以老鼠不是在寻找庇护所的方向,它们确切地知道它在哪个方向。”

安全航行

老鼠的视力并不好。但是,老鼠是否利用了迷宫中的方向性线索,比如迷宫墙壁上的标签或气味来确定自己通往庇护所的方向,准备逃跑呢?或者,他们是否整合了他们离开避难所的路径信息?

为了验证这一点,当老鼠进入迷宫的中心部分时,鲁本旋转外圈和墙壁,移动庇护所。当进行超声波检查时,老鼠无一例外地跑向原来的庇护所。


老鼠通过路径整合导航到安全的地方。老鼠探索巴恩斯迷宫,并对超声波刺激做出反应,跑向它们的庇护所(蓝色“S”),或者它们的庇护所以前所在的地方。图源:鲁本·瓦尔,伦敦大学学院塞恩斯伯里·威康神经回路与行为中心。


蒂亚戈解释说:“这一证据表明,老鼠在探索时吸收了有关它们路径的信息,并在它们害怕时使用这些信息来指挥飞行。“动物走向巢穴的速度和确定性也取决于它在刺激前在避难所呆了多长时间,那些在避难所呆的时间更长的动物比那些在避难所呆的时间更短的动物反应更快。”

最后,为了证明老鼠知道哪里是安全的,并据此引导它们的逃跑行为,科学家们堵住了避难所的洞。这只探索动物访问了被封锁的避难所洞,但无法进入。当老鼠暴露在威胁性刺激下时,它会冻结而不是试图逃跑,这表明它更新了对环境的记忆,改变了生存策略。没有可以躲避的地方,所以最好的办法就是冻僵。

“现在我们想要研究这些逃避行为背后的脑回路。记忆的庇护所在大脑中形成在哪里?电路如何计算并适应环境的变化?我们如何决定采取哪种行动才能最大限度地提高我们的生存机会?蒂亚戈说,他还补充说,“总体上理解决策过程,尤其是在压力环境下,可以帮助理解抑郁症患者的不良决策。”

参考:

Vale, R., Evans, D.和Branco, T.(2017)。快速空间学习控制小鼠的本能防御行为。现代生物学。


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亚当·托泽博士
亚当·托泽博士
科学作家
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