新研究表明，老鼠也有想象力

作爲人類，我們的生活充滿了思考，無論是在籌劃晚餐菜單還是在暢想我們上次的海灘假期。如今，HHMI的詹尼利亞研究園區的研究人員發現，動物也擁有類似的想象力。

Lee和Harris實驗室的一支團隊研發出了一種獨特的系統，通過虛擬現實和腦-機接口相結合，來探查鼠類的內在思想。他們發現，動物可以像人類一樣，想象並思考那些不在眼前的地點和物體，通過思想來想象走向某個地方或者將某個遠程物體移動到特定的地點。

當齧齒類動物體驗地點和事件時，他們的大腦功能區——海馬體，會像人類一樣激活特定的神經活動模式。海馬體是負責空間記憶的大腦區域。新的研究發現，老鼠可以通過主動產生相同的活動模式來回憶與他們當前位置相距很遠的地點。

"即使老鼠的身體固定在某一地，它的空間思維也可以遊走至很遠的地點。" Harris和Lee實驗室的博士後Chongxi Lai，也是這篇描述新發現的文章的第一作者，表示。

這種想象自身離開當前位置的能力，對於記憶過去的事件和構想未來的場景至關重要。因此，新的研究表明，動物和人類一樣，擁有一種形式的想象力。

"想象是人類的一種了不起的能力。現在我們發現，動物也有同樣的能力，而且我們找到了一種可以研究它的方法。" 這是曾經是Janelia小組負責人，現在在貝斯以色列女執事醫療中心作爲HHMI研究員的Albert Lee所說。

九年前，當Lai作爲研究生到達Janelia，他帶來一個測試動物是否能夠思考的想法。他的導師，Janelia的資深研究員Tim Harris建議他去找Lee聊聊，因爲Lee的實驗室也有相似的問題需要解決。

這些實驗室共同投入研發一套可以理解動物思維的系統，這是一個可以實時測量神經活動並翻譯其含義的“思想探測器”。

這個系統使用了一種腦-機接口 (BMI)，爲大腦活動和外部設備之間提供了直接的連接。在他們的系統中，這個BMI將鼠類海馬體的電活動和它在360度虛擬現實競技場中的位置相連接。

海馬體存儲着回憶過去和想象未來場景所需的關於世界的精神地圖。記憶的回憶涉及產生與地點和事件相關的特定海馬體活動模式。然而，之前並不清楚動物是否能主觀控制這種活動。

BMI使研究人員能夠測試一隻老鼠是否能激活海馬體活動來思考場地中的位置，而無需物理上真的去到那。這實質上能檢測動物是否能夠想象走向某個地方。

開發出這套系統後，研究人員需要創建一個“思想詞典”來解碼鼠類的大腦信號。這個詞典記錄當鼠類體驗一些事物--這裏指的是VR競技場中的地點--時，活動模式的形態。

老鼠被固定在由Lee實驗室的博士後Shinsuke Tanaka設計的VR系統中。當老鼠在球形的跑步機上行走時，它的動作會在360度的屏幕上呈現出來。老鼠在成功找到目標地點後會獲得獎勵。

與此同時，BMI系統會記錄老鼠的海馬體活動。研究者可觀察在老鼠來回行走到每個目標地點時哪些神經元被激活。這些信號爲實時的海馬體BMI提供了基礎，在這個系統中海馬體活動被轉換成屏幕上的動作。

接下來，研究人員將跑步機斷開，然後獎勵老鼠復現達到目標地點所需的海馬體活動模式。在這個被稱爲“躍遷者”任務中，BMI將動物的大腦活動轉化爲虛擬現實屏幕上的移動。實質上，動物可以通過思考獲得獎勵首先想象他們需要走到哪裏。這種思考過程是人類經常會體驗到的。比如，當我們被要求到熟悉的商店購買食材時，我們可能會在出門前想象一下路過的位置。

在第二個任務中，被稱爲"絕地武士"任務中，鼠類通過思考來將一個物體移動到特定的地點。老鼠被固定在虛擬的一個地點上，但通過控制他們的海馬體活動，"移動"一個物體到VR空間的目標地點，就好像一個人坐在辦公室裏想象把咖啡杯拿到咖啡機下裝滿咖啡一樣。然後，研究人員改變目標地點，要求動物產生與新位置相關的活動模式。

他們發現，老鼠能夠精準和靈活地控制他們的海馬體活動，就像人類可能做的那樣。動物也能維持這種海馬體活動，讓他們的思維停留在一個給定的地點很長一段時間--這個時間範圍與人類回憶過去的事件或構想新情境的時長相似。

"令人驚訝的是，老鼠如何學會長時間地思考那個地方，而不是其他地方，這可能違背了我們對鼠類注意力跨度的一般認知，" Harris說。

研究還表明，BMI可以用來探測海馬體活動，爲研究這個重要的大腦區域提供了新的方式。對於越來越多應用到假肢上的BMI，這項新研究也爲根據同樣的原理設計新的假肢設備提供了可能。