本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
鲸目动物(海豚和鲸鱼)的大脑在许多方面与其他哺乳动物不同,但最显著的区别之一是海马体的大小。一般来说,哺乳动物的大脑越大,海马体所占的比例就越小,所以海豚和鲸鱼的海马体本来就应该很小。但鲸目动物的海马体不仅仅是小;它太小了,几乎不存在。
鲸目动物海马体的相对大小最近由保罗·曼格领导的一组研究人员量化了(Patzke等人,2013年)。他们检查了数百种哺乳动物(包括几种鲸鱼和海豚)的海马体大小数据。他们发现,海马体体积与大脑总体积的图表上的点几乎都紧密地聚集在一条平滑曲线周围——但鲸目动物的点是异常值。它们的海马体体积仅为根据大脑总体积预期值的8%到20%。没有其他类型的哺乳动物能与之相比。即使是河马——鲸目动物最近的近亲——其海马体的大小也接近于主趋势线所预测的大小。
曼格的研究小组还发现了鲸目动物和其他哺乳动物的海马体之间的另一个显著差异。海马体是已知唯一在成年哺乳动物中显示神经发生(产生新神经元)的两个大脑区域之一(另一个是嗅球)。曼格和他的同事检查了71种哺乳动物的海马体,发现除了鲸目动物之外,所有哺乳动物都有成年神经发生的证据。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
曼格长期以来一直被认为是怀疑海豚和鲸鱼智力的人,他将这些数据解释为进一步的证据,表明它们的大脑不如其他哺乳动物的大脑复杂。有趣的是,考虑到目前的海马体功能理论,来思考这些发现。总的来说,鲸目动物海马体的小尺寸和成年神经发生的缺乏都指向同一个结论:无论海马体执行什么功能,海豚和鲸鱼都不像其他哺乳动物那样需要它。
但是,那到底是什么功能呢?答案的执行摘要:我们可以猜测,但我们不知道。理论家将海马体与两个主要功能联系起来,这两个功能都涉及记忆。第一个是长期情景记忆;第二个是空间记忆。我将依次考虑这两个方面。
在人类中,海马体的破坏会导致无法形成新的记忆,并导致近期记忆的重大丧失,但来自遥远的过去(如童年)的记忆通常是完好的。患有这种类型失忆症的病人可以每天与同一位医生见面多年,却永远无法记住医生的名字,甚至不知道他以前见过这个人。
重要的是要澄清,海马性失忆症并不影响所有类型的记忆。程序性学习(学习新任务的能力)和工作记忆(在脑海中短暂保持信息的能力)仍然完好无损。海马性失忆症的标志是缺乏对经历过某个事件的意识,而不是一般意义上的记忆缺失。
那么海豚和鲸鱼呢?它们的小海马体是否意味着它们缺乏对过去事件的有意识的记忆?不幸的是,没有足够的数据来回答这个问题。已经有一些关于海豚记忆的实验研究,但不是正确的那种记忆。
海豚明显高度拥有一种记忆(赫尔曼,2010年)。可以使用手势语言指示海豚执行一系列动作,然后在短时间后可以指示它们“重复”这些动作。海豚非常擅长这一点。但是,第一次执行和重复之间的延迟通常只有几秒钟,因此必须将其归类为工作记忆而不是情景记忆。
就情景记忆而言,最相关的信息来自去年的一项研究,该研究发现海豚能够识别它们以前认识的其他海豚的叫声,即使在几十年没有联系之后(布鲁克,2013年)。如果识别叫声等同于学习一个人的名字,那么这种能力在海马性失忆症中将是出乎意料的。但是,从这样的单条信息中得出强烈的结论是危险的。
总之,海豚情景记忆是未来实验工作的沃土,我们尚无法预测结果会如何。
空间记忆呢?
多年来,关于海马体功能最流行的理论之一是“认知地图假设”(奥基夫和纳德尔,1978年),该理论认为海马体在心理地图的形成中起着核心作用,使大脑能够表示环境的布局以及物体和特征的位置。
有趣的是,鲸目动物在其自然环境中可能比任何其他类型的哺乳动物更不需要认知地图。它们是唯一一生中大部分时间都在公海海面的哺乳动物。在公海中,“地点”没有意义的概念。当然,空间关系非常重要,但它们是成对物体之间的关系,而不是物体与稳定环境中的位置之间的关系。(我在这里谈论的是小规模的地图。海豚和鲸鱼显然可以从学习大片空间的一般特征中受益——海岸线的布局、岛屿的位置、珊瑚礁和河流出口等。但是有理由相信,那种类型的大规模地图依赖于不同于小规模认知地图的神经机制。)
那么,问题是海豚和鲸鱼是否能够形成环境的心理地图并记住物体的位置。这应该可以通过实验进行相当简单的测试,因为即使自由海豚的自然环境是非结构化的,圈养海豚也会在大小有限且具有固定特征的水箱中度过一生。询问它们对居住水箱的空间布局的了解程度是有意义的。不幸的是,这里也几乎完全缺乏实验数据。研究空间认知的科学家已经设计出许多测试空间记忆的系统方法,但没有一种方法是使用海豚进行的。
实际上,唯一相关的信息来自凯利·贾科拉及其同事进行的一项研究(贾科拉等人,2010年)。他们想知道海豚在多大程度上可以保持对隐藏物体位置的记忆。他们的程序包括一个小的毛绒玩具和三个间隔一英尺放置在海豚池边缘的水桶。玩具可以 (1) 在海豚完全可见的情况下放置在其中一个水桶中;(2) 放置在其中一个水桶中,然后移动到另一个水桶中;(3) 放置在容器中,然后无形地转移到其中一个水桶中;(4) 放置在水桶中,之后该水桶与另一个水桶互换。总体发现是,海豚在条件 1 和 2 中以高于偶然水平的成功率完成,但在条件 3 和 4 中则没有。即使在它们成功的情况下,表现也很不稳定,并且需要大量的仔细训练。作者的结论是,海豚在心理上追踪隐藏物体位置的能力有限——与狗差不多,但不如大型猿类。
除此之外,唯一可用的信息是传闻。路易斯·赫尔曼和保罗·福雷斯特尔在 20 世纪 80 年代进行了一项实验,他们要求海豚报告它们池中指定物体的存在与否(赫尔曼和福雷斯特尔,1986年)。在许多情况下,海豚在做出反应之前会花时间探索水池。在某些情况下,海豚的反应方式表明它们具有意识,包括对物体位于水池哪个部分的意识,但这一方面没有得到正式检查。
最重要的是,在这一点上,我们真的没有关于海豚是否可以形成认知地图的可靠信息。累积的结论是,我们可以推测海豚和鲸鱼的小海马体是否会导致情景记忆或空间记忆的减弱,但在这一点上,我们根本不知道答案。