科學家對老鼠大腦神經元活動觀察,發現動物也有時間觀念

作者 | 發布日期 2018 年 10 月 31 日 12:59 | 分類 生物科技 , 科技趣聞 , 醫療科技 follow us in feedly

家裡有養過寵物的人大概都會同意這句話:動物可以判斷時間。不論是每天早上因為肚子餓叫醒你的貓主子,還是時間到就叼著繩子過來的毛小孩,動物看來似乎都能夠判斷時間,而西北大學最新研究也找到確切的神經證據能夠證實這個猜測。



在這項研究中,團隊針對老鼠進行了實際實驗與大腦活動成像觀察,發現動物腦中確實有著一組先前未知的神經元,當動物在等待時,這些神經元就會像時鐘一樣打開。這項研究已經發表在《自然神經科學》(Nature Neuroscience)期刊上。

儘管每個記憶都有些不同,但是所有情節記憶都有兩個核心特徵:空間和時間。由於大腦顳葉中的內嗅皮層(MEC)與記憶和導航相關,這個區域負責在情節記憶中編碼空間訊息,因此團隊也假設這個區域可能也負責編碼時間資訊。

為了驗證這項假設,團隊讓老鼠在虛擬實境的環境中進行了「門檔」(door stop)實驗。在這項實驗中,團隊把老鼠放在 VR 環境中的物理跑步機上活動,讓老鼠學習沿著走廊走到中間的門前,等待 6 秒鐘後門打開,再沿著走廊走到底接受獎勵。

領導研究的神經生物學副教授 Daniel Dombeck 解釋,之所以選擇使用虛擬現實環境,是因為這讓團隊可以巧妙地控制老鼠不會受潛在的因素影響,像是開門的聲音。

「我們無法在真實環境中讓門完全隱形,動物可以觸摸它、聽到它、聞到它或以某種方式感知它,這樣它們就不必判斷時間,只會去感覺門打開的時候。透過虛擬現實,我們可以帶走所有感官線索。」

在進行了幾次訓練後,研究人員開始將虛擬場景中的門變成不可見的,而在這個改變後,實驗的老鼠仍然透過地面的紋理理解了門所在的位置,並且同樣在不存在的門前等了 6 秒鐘,再沿著走道前往領取獎勵。

由於老鼠看不見門是打開還是關閉,牠能夠有效解決這項任務的唯一方法就是利用大腦的內在時間感,而在團隊的實驗中,老鼠一次又一次的完成了門檔任務。

透過使用雙光子顯微鏡(two-photon microscopy)對老鼠的大腦活動進行高解析度成像,團隊得以更進一步的觀察了老鼠的神經元活動情況。

團隊發現,當老鼠沿著走道前往隱形門時,大腦有些細胞會發射控制空間的編碼,接著當老鼠停在門口時,那些發射控制空間編碼的細胞關閉,另一些細胞則隨之啟動,由於這些細胞只在等待時間啟動,團隊認為正是這些細胞編碼了時間。

這項發現的含義遠遠超過明白「動物理解時間」,研究人員指出,這些新發現用來編碼時間的神經元將讓他們可以研究神經退化行疾病是如何影響這些細胞。

博士後研究員 James Heys 指出,阿茲海默症患者經常會忘記事情發生的時間,由於內嗅皮層正好是受疾病影響的第一批大腦區域,這種情況或許和患者正在失去內嗅皮層的一些基本功能有關。

這項發現可能會使阿茲海默症能有新的早期檢測實驗,像是要求人們判斷已經過了多長時間,或者像 Dombeck 和團隊所做的那樣,讓他們在 VR 環境中進行門檔任務。

「這項研究是全新的發現和巨大的驚喜」。

(首圖來源:pixabay