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了解什么是危险的代价很高,但是群居动物有一种降低价格的方法

了解什么是危险的代价很高,但是群居动物有一种降低价格的方法

如果站在你旁边的人突然尖叫着跑开了,你会怎么办?你能平静地继续做你正在做的事情,还是会感到恐慌?除非你是詹姆斯·邦德,否则你很可能会选择第二种选择:恐慌。

但现在想象另一种场景:在街上,走在你前面的人突然变得冰冷——她停止移动,变得完全静止。你会怎么做?

位于葡萄牙里斯本的查姆帕利莫德未知中心(Champalimaud Centre for the Unknown)的行为神经科学实验室的负责人玛尔塔·莫伊塔(Marta Moita)说:“在这里,答案变得更加棘手。”“尽管冻结是(与战斗和逃跑一道)三种基本的本能防御行为之一,动物们并没有本能地知道当其他动物冻结时,它们实际上是在对威胁做出反应。”

对于像我们这样的群居动物来说,能够判断一个群体成员是否感觉到威胁可能是生死攸关的事情。这种学习是如何发生的?为了找到这个问题的答案,莫伊塔和她的团队进行了一系列的研究。他们最近的发现出现在两篇科学论文中,一篇发表在今天(5月12日)的《公共科学图书馆·生物学》杂志上,另一篇几个月前发表在《当代生物学》杂志上。总之,他们的研究结果揭示了一种机制,通过这种机制,动物获得了对冷冻的恐惧,并勾勒出了表达这种恐惧的神经回路。

“没有付出就没有收获”

为什么有些恐惧反应是天生的,而有些则是后天习得的呢?答案还不完全清楚,但一个很好的猜测是,因为世界是不断变化的,动物必须灵活地适应他们的环境。

例如,当动物冻结时,它基本上停止移动。但是,缺乏运动就一定是危险的信号吗?“答案是否定的,”莫伊塔说。“在某些情况下,动物停止活动是完全无害的;它可能是修饰或观察某物。但是,这种无害的暗示可以转变成危险的信号。我们想知道它是如何发生的。”

在发表在《当代生物学》杂志上的研究中,莫伊塔和她的团队用老鼠测试了各种各样的实验场景。他们发现,最重要的是,动物必须经历一个被称为“自动适应”的过程,这意味着学习不是通过观察别人发生的,而是通过亲身体验。更重要的是,只有满足特定的标准才能实现。该研究的第一作者安德烈娅?克鲁兹表示:“我们对研究结果感到有点惊讶,因为结果表明,学习机制相当严格。”

研究小组发现,如果要让大鼠接受冷冻作为一种社交暗示,它必须经历一段由疼痛和静止两部分组成的学习经历。任何一个没有另一个都是不够的。

“例如,动物经历了轻微的足部电击(这是一种痛苦的事件),然后就会冻僵,学会把其他群体成员的冻僵视为一种威胁。但当我们通过在足部电击后立即将大鼠从实验箱中移出来阻止随后的冷冻反应时,学习并没有发生,”Cruz解释道。

这听起来可能有些刺耳,但事实上,正如莫伊塔所指出的,这种学习方式对动物躲避危险是极为有益的。“这只老鼠经历了一次痛苦的经历(轻微的足部电击),这让它知道,冷冻是对负面事件的一种反应。因此,现在它不需要直接学习所有可能导致痛苦经历的场景。相反,它只需要关注团队成员的行为。”

听到害怕沉默

在冷冻和危险之间建立联系意味着大脑中形成了新的神经连接。但在深入研究神经回路之前,还有一个重要的问题需要解决:大脑的哪些区域可能参与了这种新习得的恐惧的表达?

莫伊塔指出,有几个认知因素可能与这种新获得的防御反应有关,其中有一种特殊的听觉线索——沉默。

该研究小组此前发现,学会用冷冻作为警报信号的老鼠实际上能察觉到突然出现的沉默。“当老鼠冻结时,它停止移动。这实际上意味着它停止产生声音,”莫伊塔解释说。“我们发现,这种从声音到安静的转变可以成为一种社会线索,通过这种线索,老鼠可以识别出另一个群体成员正在冻僵。”

按照这一思路,研究小组将重点放在大脑的恐惧学习中心和听觉系统上。他们的结果——描述了一种新的跨越这些结构的神经图谱——今天发表在《公共科学图书馆·生物学》杂志上。

一个新发现的神经图谱

我首先想到的问题是:听觉系统是如何听到寂静的?莫伊塔解释说,要回答这个问题,你必须反过来思考。“我们相信,大脑检测到的并不是寂静本身,而是声音的停止。”

听觉系统由成千上万个神经元组成,每个神经元都对听觉信息的某些特征有偏好。例如,一些神经元对高频声音有反应,另一些对声音的开始有反应。然后,还有对声音停止做出反应的偏移神经元。研究小组怀疑,这些神经元就是检测沉默的神经元。

“在大脑中一个叫做听丘脑的区域中,偏移的神经元大量存在。当我们阻断这一区域的活动时,那些已经适应了将冷冻作为一种社会暗示并通常会对突然出现的沉默做出反应的动物却没有这样做,”该研究的第一作者Ana Perreira解释道。

重要的是,这个相同的听觉区域与侧杏仁核相连,侧杏仁核是学习对威胁声音做出反应的关键大脑区域。它是否也与害怕沉默有关?研究小组发现答案是肯定的。佩雷拉说:“我们的研究结果表明,外侧杏仁核不仅对联系声音和危险很重要,而且对安静和危险也很重要。”

研究小组将这些结果与其他研究结果结合起来,绘制出了大脑如何表达对冷冻的恐惧的图谱。Moita说:“我们确定的路径扩展了在危险情况下处理听觉线索的网络。”“更广泛地说,我们的工作为进一步理解感官刺激及其行为相关性如何在大脑中编码奠定了基础,”她总结道。

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