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小鼠侦探暗示人类如何在两线之间阅读

有些人很讨厌“两句之间的阅读”。他们似乎比其他任何人都早知道电影中的杀手是谁,或者抽象诗的含义。这些人拥有强大的推理能力-使用间接证据找出隐藏的信息。

但是,推理并不是少数幸运者所具备的技能。相反,每个人都经常使用推理,而由于推理如此自然,常常没有意识到。它对于人类的生存至关重要,用它来找出遗传祖先何时何地寻找食物。例如,人类使用了间接证据,例如植被中微弱的沙沙声或被吃了一半的叶子来推断兔子一定在附近。

即使推理起着如此重要的作用,但神经科学家长期以来一直在努力理解其在大脑中实际产生的方式。一种方法是设计利用啮齿动物这种认知技能的实验,这些啮齿动物比我们更像我们,而不是大多数人意识到的。

然而,事实证明,设计实验任务以探究啮齿动物的推理是一项挑战。虽然有些任务很难完成,但其他任务却产生了模棱两可的结果,因为它们也可以用不太复杂的策略来解决。

现在,葡萄牙里斯本尚帕里莫德未知中心的科学家们找到了摆脱困境的出路。在今天(2月11日)发表在科学杂志Neuron上的研究中,研究小组展示了他们优雅的实验设计,对涉及的关键大脑区域的识别以及与人类相匹配的视频游戏版本。

值得鼠标侦探解谜的谜题

负责这项研究的首席研究员扎卡里·迈因(Zachary Mainen)认为,这项新测试与老鼠的性格更加相容。“我们没有施加老鼠必须表现得像'小人类'那样的条件,而是决定依靠老鼠的先天觅食技能来创造一种让老鼠感觉更自然的任务,即寻找食物时所依赖的相同技能。或水。”

在实验中,小鼠不得不使用推理来发现水奖励的位置。Mainen表示:“在任何给定时刻,可以在两个水嘴之一中获得水奖励。如果老鼠成功地将证据拼凑在一起,它们将优化其行为,在水嘴之间切换,以最小的延迟获得奖励。”解释。

奖励的位置由两个独立变量控制,这两个变量对于小鼠都是未知的。该研究的作者彼得罗·韦尔奇蒂(Pietro Vertechi)说:“老鼠必须通过反复试验来推断这些变量是什么,从而逐渐解读游戏规则。”

第一个变量是主动喷水口接收水的概率。Vertechi解释说:“即使壶嘴是活动的,也不总是给水。老鼠必须意识到,任何给定的尝试中缺水并不一定意味着壶嘴不是活动的。”

第二个变量增加了任务的复杂性:将喷口在活动状态和非活动状态之间切换的概率(实际上意味着切换奖励的位置)的概率设置为某个值,小鼠也必须找出该值。 。

这种设计使研究人员能够精确控制实验的难度。例如,一个相对简单的场景将既有可能获得水利奖励,又有位置切换的可能性很高。在这种情况下,缺少水奖励可能意味着鼠标处于错误的喷口。

另一方面,如果两个概率都很低,则小鼠很难决定该怎么做。在那种情况下,在给定的尝试下缺水并不能很好地表明切换已经发生。

嗅探游戏规则

令人惊讶的是,这些小鼠能够很快找出发生了什么。Vertechi说:“他们在几个环节内就优化了行为,根据游戏规则调整了壶嘴的尝试次数。结果,在艰难,缺乏信息的情况下,他们容忍更多的失败。 。”

科学家认为,小鼠能够完成这项复杂任务给人留下了深刻的印象。但是他们如何表明这些结果与推理兼容,而不是与其他解决问题的策略兼容?

根据该研究的作者伊兰·洛特姆(Eran Lottem)的说法,标准啮齿动物被认为会导致完全不同的结果。“研究人员普遍认为,老鼠是受直接奖励率驱动的。如果是这种情况,它们只会停留在平均给予它们更多奖励的壶嘴上,并且即使在壶嘴已经发出之后,也要继续尝试更长的时间。相反,我们的老鼠一旦确定自己的嘴不再活跃,就切换了,无论过去有多么丰厚的回报。这有力地支持了老鼠的所作所为是推理。”

鼠标与人类

为了直接比较跨物种的性能,该团队开发了针对人类的任务版本。该研究的另一作者达里奥·萨拉(Dario Sarra)说:“这也是一种“觅食”任务,但是这次,受试者没有寻找水,而是在寻找猎物。

在人类版本中,受试者玩电子游戏,其中隐藏的信息是躲在城堡后面的怪物的位置。目的是通过扔石头来击中怪物。就像老鼠一样,受试者必须弄清楚两组变量:在正确位置时能够撞到怪物的概率,以及位置切换的概率。

他们的结果表明,小鼠和人类以非常相似的方式解决了这一任务。萨拉说:“该策略不仅几乎完全相同,而且我们发现这两种物种都对相同的挑战敏感。” “特别是,在两种物种中,当奖励和状态转换的概率都很低时,推理过程花费了较长时间,从而带来了更高的总体不确定性。但是,无论困难如何,人类都知道发生了比老鼠快得多的事情,在第一阶段就已经达到最佳性能。”

根据Mainen的说法,他们的研究结果暗示“电子游戏会让老鼠从我们中脱颖而出。某些电子游戏,例如我们开发的电子游戏,会利用基本行为,在这种情况下是觅食。我们惊讶地发现,这两种物种的行为如此相似。但是再来,这只是表明这两个物种有多少共同点。”

下一步

该小组打算将人类和老鼠的任务用作研究这一认知过程背后的神经机制的工具。“在这项研究中,我们开始探索其中的一些问题。特别是,我们观察到称为额额叶皮层的大脑区域在推断过程中起着关键作用。在使额额叶皮层失活的试验中,小鼠恢复了更简单,更活跃的状态。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大脑中推理的方式,” Mainen说。

此外,团队很好奇该任务的视频游戏版本是否可用于表征特定的心理特征。Vertechi解释说:“例如,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,那么我们可以利用类似的啮齿动物任务评估这些特定特征背后的神经机制。”他总结道。

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