认知鸡和难忘的海蛞蝓

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


在心理学和神经科学领域,有一个悠久的传统,即使用动物作为模型来理解人类。毕竟,即使从严格的生物学角度来看,人类也是极其复杂的生物。再加上文化带来的复杂性,使得对人类思维的研究充其量也是棘手的。因此,正如生物医学科学家依赖于不起眼的小鼠一样,心理学和认知科学家也转向我们在动物界的进化表亲,以此来更好地理解我们自己。

在她的新书《Animal Wise》中,记者弗吉尼亚·莫雷尔 recounts 与一位研究人员的对话,这位研究人员指出,数十年的研究建立在“大鼠、鸽子和大学二年级学生,最好是男性”的基础上。大学本科生代表了全人类,大鼠代表了所有其他哺乳动物,而鸽子则充当了动物王国其他部分的模型。

可笑之处不在于非人类动物可以有效地用作更多地了解我们自己物种的一种手段。这个想法很简单:了解一个简单的系统是如何工作的,你就可以对复杂系统的工作方式做出仔细的推断。这(或应该是)显而易见的。在今天他接受 CNN 采访时,记忆研究先驱和诺贝尔奖获得者埃里克·坎德尔也这样说:“与其研究非常复杂的动物中最复杂的记忆形式,我们不如研究最简单的形式——非常简单的动物中的内隐记忆形式。”


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可笑之处在于,科学家们长期以来将自己局限于动物王国提供的如此有限的多样性样本中。而这正是坎德尔方法的 brilliant之处特别显而易见的地方。他继续说道:“所以我开始环顾四周寻找非常简单的动物。我专注于海蜗牛 海兔。”

坎德尔并不是唯一一位通过将新的模型物种引入他的领域来改变科学发现进程的研究人员。悉尼·布伦纳,他普及了使用线虫秀丽隐杆线虫,他说(坎德尔引用):

你需要做的是找到哪个是实验性解决问题的最佳系统,只要它[问题]足够普遍,你就会在那里找到解决方案。

实验对象的选择仍然是生物学中最重要的事情之一,而且我认为,这是进行创新性工作的绝佳方式之一……生物世界的 diversity 非常大,而且由于一切都以某种方式联系在一起,让我们找到最好的一个。

这个想法很简单:选择最能帮助你回答你想提出的科学问题的物种。如果那是大鼠或鸽子,那就使用大鼠或鸽子。但很可能有一种物种更独特地适合。在研究生院,我研究了鸡,以此作为理解社会认知发展的一种手段。更具体地说,我想了解 mind 的起始状态,然后了解不同的经历如何以不同的方式塑造 mind。

为什么不使用人类婴儿?

首先,在典型的婴儿认知实验中,通常只能从每个婴儿身上收集到少量数据点。这部分是由于幼儿的注意力持续时间有限,部分是由于婴儿经常睡着或变得烦躁。然而,这仅仅是一个后勤问题。更重要的是,婴儿在出生后不久就开始学习很多关于他们环境的知识。一位研究人员发现,到两个月大时,典型的婴儿已经积累了至少 200 小时的视觉体验,其中包括多达 250 万次的眼球运动。因此,当婴儿长大到足以参加实验时,他们已经有了大量的经验。因此,即使你可以在完全受控的环境中以合乎道德的方式抚养人类婴儿,婴儿本质上仍然是微小的学习机器。如果你想了解 mind 的起始状态,这是一个问题。这就像研究沙拉来弄清楚植物是如何生长的。

还有更多。人类是晚成性物种,这意味着他们出生时是无助的。他们看不清楚。他们完全不协调。他们无法自行移动。他们找不到自己的食物。他们甚至没有所需的肌肉将他们巨大的头抬离脖子。因此,人类婴儿需要多年的父母照顾。如果你是人类,爸爸妈妈真的很重要。

这不仅仅意味着婴儿需要至少几个月大才能参与实验。这也意味着,虽然他们可能在某项技能上在智力上很熟练,但他们可能无法充分展示这种熟练程度。正如发展心理学家所说,能力和表现之间可能存在矛盾。例如,人类婴儿在出生后几个月内都无法控制他们的抓取动作。如果你的实验依赖于抓取行为(或更普遍的运动协调),那么它将无法揭示婴儿认知能力方面的细微差别,因为实验要求对他们来说太难了。曾经有人认为新生婴儿无法视觉跟踪在他们面前移动的物体。研究人员后来发现,当向婴儿呈现频闪而非连续运动时,婴儿非常擅长物体跟踪。婴儿在夜总会跟踪人会做得很好。鉴于这些矛盾,很难解释与任务相关的失败:婴儿可能在任务中失败,因为他们确实缺乏成功所需的认知能力,或者仅仅是任务没有针对他们不成熟的感知或运动能力进行优化。

对非人类动物进行控制饲养研究可以解决这些问题。特别是,对早成性物种(即出生后能够独立生存,因此不需要父母照顾的物种)进行控制饲养研究可以解决这些问题。

坎德尔选择海蛞蝓是因为它的神经系统仅由两万个神经元组成,其中一些甚至肉眼可见。尽管人类与海蛞蝓之间存在巨大的鸿沟,但后者已被证明作为模型物种非常有用,并使研究人员能够揭示人类学习和记忆的基本分子基础。

虽然家鸡无疑比加州海蛞蝓更复杂,但它非常适合于认知的控制饲养研究。鸡是极早熟的,这使得它们在孵化后立即能够在没有父母照顾的情况下生存。与人类婴儿不同,鸡出生时就具有良好的视力和深度知觉。虽然人类婴儿要到一年多以后才能通过著名的视觉悬崖测试,但鸡在出生后的第一天就通过了测试。

鸡的大脑,就像海蛞蝓的神经系统一样,在许多方面与人类大脑相当。尽管哺乳动物的大脑是分层组织的,而鸟类的大脑是组织成称为核的细胞簇,但微观结构——即电路——在某些方面仍然非常相似。

事实上,动物行为学家使用家鸡研究行为至少一百五十年了,心理学家和认知科学家最近也加入了他们的行列。鸡已被用于探索物体表征、数字认知、生物运动感知、几何重定向、空间导航和面孔感知的发育。

使用鸡进行认知研究还有一个好处,那就是它们会印刻。像其他一些鸟类一样,幼鸡会对它们看到的第一moving物体产生印刻,将其视为情感安慰的来源。在正常情况下,这些鸟类会对母鸡产生印刻。然而,它们也会对几乎任何其他自行移动的东西产生印刻。即使是电脑屏幕上的动画物体!动物行为学之父康拉德·洛伦茨 famously 让幼鹅对他的靴子产生了印刻。

对大鼠或小鼠等动物进行的典型研究要求研究人员花费数小时(或数天)训练他们的动物执行某些任务或区分刺激。印刻本能使研究人员无需训练即可测试鸡。这是如何工作的?当分开时,鸡真的想通过减少两者之间的物理分离来与它们的印刻物体重新团聚。也就是说,如果你把印刻物体移开,然后放开鸡,它会径直跑到“妈妈”身边。如果你让鸡在接近两个不同的物体之间做出选择,它们会接近它们认为与它们印刻的物体更相似的物体。

假设你让一只鸡对一个红球产生印刻。然后,你让它在接近一个红球和一个红色立方体之间做出选择。如果它们更可能接近红球,那么你可以合理地推断鸡可以感知球和立方体之间的差异。但是,如果它们的方法是随机机会的结果(它们只在 50% 的时间内接近球),那么它们可能不会注意到物体的形状。

因此,亲子印刻本能提供了一种生物学上有效的方法来研究认知能力,而无需培训计划。

对于发展心理学来说,鸡会像海蛞蝓海兔对学习和记忆那样吗?

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题头照片来自 Flickr/cskk。

Jason G. Goldman is a science journalist based in Los Angeles. He has written about animal behavior, wildlife biology, conservation, and ecology for 大众科学, Los Angeles magazine, the Washington Post, the Guardian, the BBC, Conservation magazine, and elsewhere. He contributes to 大众科学's "60-Second Science" podcast, and is co-editor of Science Blogging: The Essential Guide (Yale University Press). He enjoys sharing his wildlife knowledge on television and on the radio, and often speaks to the public about wildlife and science communication.

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