魚(yú)類(lèi)如何使用與人類(lèi)等哺乳動(dòng)物不同的大腦回路來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航？為了研究這一問(wèn)題，以色列內(nèi)蓋夫本-古里安大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家、博士生里爾·科恩和同事們?yōu)?5條金魚(yú)分別配備了一個(gè)電子頭套，這個(gè)頭套看起來(lái)像“電子魚(yú)”會(huì)戴的裝置。研究人員好奇魚(yú)在游動(dòng)時(shí)的大腦活動(dòng)機(jī)制，以及這種機(jī)制與其他有大腦的生物——例如人類(lèi)——的機(jī)制有何不同。他們測(cè)量了金魚(yú)在水里游動(dòng)時(shí)的神經(jīng)活動(dòng)，并于4月25日發(fā)表了相關(guān)論文。
參與研究的神經(jīng)科學(xué)家羅南·塞格夫說(shuō)：“導(dǎo)航是行為的一個(gè)極其重要的方面，因?yàn)槲覀兺ㄟ^(guò)導(dǎo)航來(lái)尋找食物，尋找庇護(hù)所，逃避捕食者。”
↑配備電子頭套的金魚(yú)
為研究金魚(yú)如何導(dǎo)航
科學(xué)家為它們裝上電子頭套
據(jù)報(bào)道，為了進(jìn)行檢測(cè)，研究人員們必須給金魚(yú)裝上一個(gè)電子頭套，而這個(gè)過(guò)程需要非常小心。因?yàn)榻痿~(yú)的大腦，看起來(lái)有點(diǎn)像小扁豆，只有約1.5cm長(zhǎng)?！霸陲@微鏡下，我們打開(kāi)了腦部，并把電極放在里面?！崩餇枴た贫髡f(shuō)，他對(duì)金魚(yú)進(jìn)行了腦部手術(shù)，將穿過(guò)魚(yú)頭骨小孔的電極連接到其頭部的記錄設(shè)備上。每個(gè)電極的直徑很小，只有一根頭發(fā)絲那么細(xì)。
里爾·科恩表示，想找到一種在“岸上”進(jìn)行手術(shù)而不傷害試驗(yàn)對(duì)象的方法同樣棘手。他說(shuō)：“魚(yú)需要水，而且你需要它不動(dòng)。”他和同事把水和麻醉劑注入魚(yú)的嘴里，解決了這兩個(gè)問(wèn)題。
金魚(yú)大腦里的電極連接著一個(gè)傳感器，該設(shè)備可以監(jiān)測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)，研究人員將其密封在一個(gè)防水盒中，安裝在魚(yú)的額頭上。為了防止傳感器給魚(yú)增加壓力，妨礙其游泳能力，研究人員還在設(shè)備上附加了塑料泡沫浮力材料。
從麻醉中醒來(lái)后，這些魚(yú)在一個(gè)長(zhǎng)約60cm，寬約15cm的水箱中游動(dòng)。研究人員檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，像哺乳動(dòng)物一樣，魚(yú)有“邊界向量”神經(jīng)元，能檢測(cè)到魚(yú)在特定方向上與邊界的距離。魚(yú)游得越靠近水箱邊緣，它們大腦中的神經(jīng)元就越活躍。當(dāng)金魚(yú)接近一個(gè)邊界或障礙物時(shí)，神經(jīng)元會(huì)更快地燃燒。
金魚(yú)腦回路：
靠探測(cè)與障礙物距離來(lái)定位
塞格夫說(shuō)，哺乳動(dòng)物的神經(jīng)元可以定位精確位置。對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)，我們可以根據(jù)當(dāng)下位置和周?chē)h(huán)境構(gòu)建“地圖”，明白“我在這里”。而對(duì)魚(yú)來(lái)說(shuō)，它接收的是“我在這個(gè)軸線上的這個(gè)位置”“我在那個(gè)軸線上的這個(gè)位置”。通過(guò)綜合不同方向上“離障礙物有多遠(yuǎn)”的信息，金魚(yú)能夠在空間中確定自己的方向。
科恩懷疑，不同種類(lèi)動(dòng)物導(dǎo)航系統(tǒng)有不同，可能與它們?cè)谄錀⒌刂車(chē)媾R不同挑戰(zhàn)有關(guān)。他說(shuō)，比方說(shuō)，金魚(yú)的“家”在水里，水流不斷變化。這可能意味著，對(duì)魚(yú)來(lái)說(shuō)，“知道與環(huán)境中某個(gè)突出特征的距離比知道確切的位置更容易?！?/p>
據(jù)報(bào)道，所有實(shí)驗(yàn)都通過(guò)了以色列內(nèi)蓋夫本-古里安大學(xué)動(dòng)物福利委員會(huì)的批準(zhǔn)，研究人員在試驗(yàn)后對(duì)15條金魚(yú)實(shí)施了安樂(lè)死，以便能進(jìn)一步檢查金魚(yú)的大腦。
牛津大學(xué)的生物學(xué)家阿德萊德·西博斯沒(méi)有參與這項(xiàng)研究，她評(píng)論說(shuō)，這個(gè)項(xiàng)目“相當(dāng)驚人”，也很重要?！拔覀冋诟淖兒芏鄤?dòng)物的環(huán)境，”她說(shuō)，如果人類(lèi)能了解一種動(dòng)物是如何導(dǎo)航的，就能了解這類(lèi)動(dòng)物能否應(yīng)對(duì)環(huán)境變化挑戰(zhàn)。
用戶評(píng)論