我们用塑料谷物容器制作了第一辆啮齿动物汽车。经过反复试验,我和我的同事发现老鼠可以通过抓住一根像油门踏板一样的小电线来学习向前行驶。不久之后,他们就以惊人的精确度转向,到达了 Froot Loop 点心。
正如预期的那样,生活在丰富环境中的老鼠——有玩具、空间和同伴——学会了比标准笼子里的老鼠开得更快。这一发现支持了以下观点:复杂环境增强神经可塑性:大脑根据环境需求而改变整个生命周期的能力。
在我们发表研究之后,驾驶老鼠的故事病毒式传播 在媒体上。该项目通过机器人教授设计的新的,改进的老鼠手术或ROV在我的实验室中继续约翰·麦克马纳斯和他的学生。这些升级版电动 ROV 配备防鼠布线、坚不可摧的轮胎和符合人体工程学的驾驶杆,类似于特斯拉 Cybertruck 的啮齿动物版本。
作为一名神经科学家 谁提倡住房和测试在自然栖息地中,我发现很有趣的是,我们与该项目的实验室实践相距甚远。与塑料物体相比,老鼠通常更喜欢泥土、棍棒和岩石。现在,我们让他们开车。
有关的:
但人类也没有进化到开车。虽然我们的远古祖先没有汽车,他们有灵活的大脑这使他们能够获得新技能 - 火,语言,石材工具和农业。轮子发明一段时间后,人类制造了汽车。
尽管为老鼠制造的汽车与它们在野外遇到的任何东西相去甚远,但我们相信驾驶是研究啮齿动物如何获得新技能的一种有趣的方式。出乎意料的是,我们发现老鼠对驾驶训练有着强烈的动机,经常在车辆上路之前跳进汽车并启动“杠杆发动机”。为什么会这样?
老鼠加速引擎 - YouTube
观看一些训练驾驶的老鼠在将汽车放到赛道上之前按下操纵杆,就好像它们热切地期待着前方的旅程。
欢乐新目的地
心理学入门教科书中的概念在我们的啮齿动物驾驶实验室中呈现出新的实践维度。以基础学习方法为基础操作性条件反射通过战略激励强化目标行为,我们在驾驶员教育计划中逐步训练老鼠。
最初,他们学习了基本动作,例如爬进汽车并按下操纵杆。但通过练习,这些简单的动作演变成更复杂的行为,例如将汽车转向特定目的地。
老鼠还教会了我一个早晨的深刻。
那是 2020 年夏天,对于地球上几乎每个人来说,这是一个情感孤立的时期,甚至实验室老鼠也不例外。当我走进实验室时,我注意到了一些不寻常的事情:三只经过驾驶训练的老鼠急切地跑到笼子旁边,像我的狗被问到是否要散步时一样跳起来。
难道老鼠总是这么做而我只是没有注意到?他们只是渴望 Froot Loop,还是期待驾驶本身?不管怎样,他们似乎感受到了一些积极的东西——也许是兴奋和期待。
与积极经验相关的行为与,但是老鼠呢?我是否在老鼠身上看到了类似快乐的东西?也许是这样,考虑到越来越多地表明快乐和积极的情绪对人类和非人类动物的健康起着至关重要的作用。
这样,我和我的团队将注意力从慢性压力如何影响大脑等话题转移到积极事件以及对这些事件的预期如何塑造神经功能。
与博士后研究员一起工作基蒂·哈特维森,我设计了一个新的协议,利用等待期来提高积极事件发生前的预期。带来巴甫洛夫条件反射在将乐高积木放入笼子后,老鼠必须等待 15 分钟才能收到 Froot Loop。他们还必须在运输笼中等待几分钟,然后才能进入他们的游乐区老鼠公园。我们还增加了挑战,例如让它们在食用前剥去葵花籽的壳。
这成为了我们的等待它研究计划。我们将这一新的研究系列称为 UPER(不可预测的积极体验反应),训练老鼠等待奖励。相比之下,对照大鼠立即收到了奖励。经过大约一个月的训练后,我们让老鼠接受不同的测试,以确定等待积极经历如何影响它们的学习和行为。我们目前正在研究他们的大脑,以绘制长期积极经历的神经足迹。
初步结果表明,在一项旨在衡量啮齿类动物乐观程度的测试中,需要等待奖励的老鼠表现出从悲观认知方式转变为乐观认知方式的迹象。他们在认知任务上表现更好,并且在解决问题的策略上更大胆。我们将该计划与我们实验室更广泛的兴趣联系起来行为药物我创造的这个术语是为了表明体验可以像药物一样改变大脑化学物质。
这项研究进一步支持了预期如何强化行为。之前对实验室老鼠的研究表明,老鼠按下可卡因(一种增加多巴胺激活的兴奋剂)棒已经经历了多巴胺的激增因为他们预计会有一定剂量的可卡因。
老鼠尾巴的故事
引起我们注意的不仅仅是预期对老鼠行为的影响。有一天,一名学生注意到了一些奇怪的事情:在一组接受过积极体验训练的老鼠中,一只老鼠的尾巴笔直向上,末端有一个弯曲,就像一把老式雨伞的手柄。
在我与老鼠的数十年研究中,我从未见过这种情况。通过查看视频片段,我们发现经过训练可以预测积极经历的老鼠比未经训练的老鼠更有可能高举尾巴。但这究竟意味着什么呢?
出于好奇,我在社交媒体上发布了该行为的照片。神经科学家同行认为这是一种更温和的形式,称为斯特劳布尾,通常见于给予阿片类吗啡的老鼠。这个S型卷发也与多巴胺有关。当多巴胺被阻断时,斯特劳布尾行为就会减弱。
天然形式的阿片类药物和多巴胺——大脑通路中减轻疼痛和增强奖励的关键参与者——似乎是我们的预期训练计划中高尾的重要成分。观察老鼠的尾巴姿势为我们对老鼠情绪表达的理解增加了一个新的层次,提醒我们情绪是通过整个身体表达的。
虽然我们不能直接询问老鼠是否喜欢开车,但我们设计了一种行为测试来评估它们的驾驶动机。这一次,老鼠不仅可以选择驾车前往果环树,还可以步行(在本例中是用爪子)进行较短的旅程。
令人惊讶的是,三只老鼠中的两只选择了效率较低的路线,即放弃奖励,跑向汽车,驶向 Froot Loop 目的地。这种反应表明老鼠既享受旅程,也享受有益的目的地。
老鼠关于享受旅程的教训
我们并不是唯一研究动物积极情绪的团队。
神经科学家雅克·班克塞普著名地挠痒痒的老鼠,展示他们的快乐的能力。
研究还表明,理想的低压力老鼠环境重新调整他们大脑的奖励回路,例如伏隔核。当动物被安置在它们喜欢的环境中时,对食欲体验做出反应的伏隔核区域就会扩大。或者,当老鼠被安置在有压力的环境中时,伏隔核的恐惧产生区就会扩大。就好像大脑是一架钢琴,环境可以调音。
神经科学家 Curt Richter 也提出了以下观点:老鼠有希望。在一项今天不允许的研究中,老鼠在装满水的玻璃圆筒中游泳,如果不获救,最终会因精疲力尽而溺水身亡。人类经常处理的实验室老鼠会游几个小时到几天。野鼠几分钟后就放弃了。然而,如果野鼠得到短暂的拯救,它们的生存时间就会大大延长,有时甚至可以延长几天。看来获救给老鼠带来了希望,激励了它们。
驱鼠项目为我的行为神经科学研究实验室打开了意想不到的新大门。虽然研究恐惧和压力等负面情绪至关重要,但积极的经历也会以重要的方式塑造大脑。
当动物(人类或其他动物)在生活的不可预测性中航行时,预期积极的经历有助于驱使人们坚持不懈地不断寻找生活的回报。在一个即时满足的世界中,这些老鼠提供了对指导日常行为的神经原理的见解。它们提醒我们,计划、预期和享受旅程可能是大脑健康的关键,而不是按下按钮以获得即时奖励。这是我的实验室老鼠的一个教训教我很好。