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老鼠“侦探”暗示了人类是如何解读字里行间的意思的

老鼠“侦探”暗示了人类是如何解读字里行间的意思的

有些人非常擅长“读懂言外之意”。他们似乎比任何人都更早知道谁是电影中的杀手,或者一首抽象诗歌的意义。这些人被赋予了很强的推理能力——使用间接证据来找出隐藏的信息。

但推理并不是少数幸运儿所拥有的技能。相反,每个人都有规律地使用推理,却常常没有意识到这一点,因为它来得如此自然。它对人类的生存至关重要,利用它来找出遗传祖先何时何地寻找食物。例如,人类使用间接证据,如植被中微弱的沙沙声或吃了一半的树叶,来推断兔子一定在附近。

尽管推理起着如此重要的作用,但神经科学家们长期以来一直在努力理解它实际上是如何在大脑中产生的。一种方法是设计实验,利用啮齿动物的这种认知技能,它们比大多数人意识到的更像我们。

然而,设计实验任务来探测啮齿动物的推理已经被证明是一个挑战。虽然有些任务被证明是太困难了,其他的给出了模棱两可的结果,因为他们也可以用不太复杂的策略来解决。

现在,位于葡萄牙里斯本的查姆帕利莫德未知中心的科学家们找到了一种摆脱困境的方法。在他们今天(2月11日)发表在科学杂志《神经元》上的研究中,研究小组展示了他们优雅的实验设计,以及涉及的关键大脑区域的识别,以及一个适合人类的电子游戏版本。

一个值得老鼠侦探研究的谜题

主持这项研究的首席研究员扎卡里·梅宁(Zachary Mainen)认为,新测试更符合老鼠的天性。“我们决定创造一项对老鼠来说更自然的任务,依靠老鼠天生的觅食技能,而不是强加条件让老鼠表现得像‘小人类’,这与老鼠寻找食物和水的技能是一样的。”

在实验中,老鼠必须通过推理来发现水奖励的位置。“水奖励可以在任何时候,在两个喷水口之一。如果这些老鼠成功地拼凑出了证据,它们将优化自己的行为,在不同的喷水口之间切换,以获得最小延迟的奖励,”Mainen解释说。

奖赏的位置由两个独立的变量控制,这两个变量对老鼠来说都是未知的。该研究的作者之一Pietro Vertechi说:“小鼠必须通过反复试验来推断出这些变量是什么,并逐渐破译游戏规则。”

第一个变量是在活水喷口接受水的概率。“即使喷水口很活跃,它也不总是出水。老鼠必须意识到,在任何特定的尝试中,水的缺乏并不一定意味着喷口不活跃,”Vertechi解释说。

第二个变量给这个任务增加了更多的复杂性:喷口在活跃状态和不活跃状态之间切换的概率(这实际上意味着切换奖励的位置)被设置为一个特定的值,老鼠也必须算出这个值。

这种设计使研究人员能够精确地控制实验的挑战性。例如,一个相对简单的场景可能同时获得水奖励和位置开关的概率都很高。在这种情况下,缺乏水奖励可能意味着老鼠在错误的喷水口。

另一方面,如果两种可能性都很低,老鼠就很难决定该怎么做。在这种情况下,在给定的尝试中缺水并不是切换发生的一个非常强烈的迹象。

找出游戏规则

令人惊讶的是,老鼠很快就能搞清楚发生了什么。Vertechi说:“他们在几次实验中就优化了自己的行为,根据游戏规则调整了尝试喷水的次数。结果,他们容忍了更多的失败,在艰难的、不提供信息的情况下,比在轻松的情况下。”

科学家们认为老鼠能够掌握这项复杂的任务是令人印象深刻的。但是,他们是如何证明这些结果与推理一致,而不是另一种解决问题的策略呢?

该研究的作者之一Eran Lottem认为,啮齿类动物的标准策略可能会导致完全不同的结果。研究人员普遍认为,老鼠受到直接报酬的驱使。如果是这样的话,他们就会停留在平均给他们更多奖励的喷口上,并在那个喷口上尝试更长的时间,即使那个喷口已经变得不活跃了。相反,我们的老鼠一旦确定它们的喷水不再活跃,无论它在过去是多么有益,它们就会立刻转换。这有力地证明了老鼠的行为是一种推断。”

老鼠和人类

为了直接比较不同物种之间的表现,研究小组为人类开发了一个版本的任务。“这也是一种‘觅食’任务,但这一次,受试者不是在寻找水,而是在寻找猎物,”该研究的另一位作者达里奥·萨拉(Dario Sarra)说。

在人类版本中,受试者玩一个电子游戏,其中隐藏的信息是一个隐藏在城堡后面的怪物的位置。他们的目标是向怪物扔石头。就像老鼠一样,实验对象必须计算出两组变量:一组是在正确位置击中怪物的概率,另一组是位置开关的概率。

他们的研究结果表明,老鼠和人类以非常相似的方式完成任务。萨拉说:“我们发现,这两个物种不仅在策略上几乎一模一样,而且对同样的挑战也很敏感。”具体来说,当奖励和状态转换的概率较低时,这两种动物的推理过程都需要更长的时间,从而产生了更高的不确定性。然而,尽管困难重重,人类比老鼠更快地发现了问题所在,在第一次实验中就已经达到了最佳表现。”

下一个步骤

该团队打算使用人类和老鼠的版本作为工具来研究这一认知过程背后的神经机制。在这项研究中,我们开始探索其中的一些问题。特别是,我们观察到大脑中一个叫做眼窝前额皮质的区域在推理过程中起着关键作用。在眼窝前额皮质失活的实验中,老鼠恢复到一种更简单、更天真的策略。这是一个令人兴奋的发现,它将帮助我们进一步深入研究推理是如何在大脑中发生的,”Mainen说。

此外,研究小组也很想知道这个游戏版本的任务是否可以用来描述特定的心理特征。“例如,”Vertechi解释道,“患有冲动控制障碍或抑郁症的人倾向于采取特定的策略吗?如果我们发现这个问题的答案是肯定的,那么我们就可以利用类似的啮齿动物任务来评估这些特定轮廓背后的神经机制,”他总结道。

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