蝙蝠:我的同伴在哪里?

作者: /lulu

来源: 科学世界

发布日期: 2018-01-18 17:50:20

两项研究揭示了大脑中位置细胞的一个亚群专门负责定位同伴的位置,这一发现有助于理解大脑的社交定位功能。

当进行某些团体性运动,比如踢足球时,我们能快速确定其他队友的位置,并以此决定传球方向。虽然科学家们已经在大脑中找到了能完成自我定位的神经细胞——“位置细胞”(place cell),但却始终没搞清楚我们是如何定位其他人的。两项分别于2018年1月11日和2018年1月16日发表在Science上的研究终于为我们揭开了谜底:原来,位置细胞中专门有一个亚群负责告诉我们同伴在哪里。

关于“位置细胞”,公众号在一年前的文章《谁为我导航(点击阅读)》中有较为详细的介绍:位置细胞(place cell),一种位于大脑海马中的锥体神经元,由英国神经学家John O'Keefe于1971年率先在小鼠体内发现。当小鼠经过特定的位置时,其海马内的一部分细胞处于激活状态;而当小鼠经过其他位置时,另一部分脑细胞开始活跃。由此,人们意识到小鼠脑中不同的位置细胞对应着其活动区域中不同的位置。

简单来说,小鼠每经过一个特殊地点,脑中对应的位置细胞就开始活跃起来。那么,当小鼠想再次去同样的地方(觅食)时,就会通过依次激活对应的细胞,回忆起当时的路径。而我们脑中的海马正是负责长时间记忆存储和定向的最主要结构。

如今,来自以色列的神经学家Nachum Ulanovsky以埃及果蝠为实验对象,发现了在位置细胞所处的大脑结构海马中,还有一群特定的神经细胞负责追踪其他事物的运动轨迹。实验中,研究人员将果蝠分成“老师”和“学生”两组。“学生”要先观察“老师”获取食物的飞行路线,再通过重复出“老师”的路线才能获得食物。

“老师”先飞,随意选择两个食物球其中之一。

“学生”必须观察“老师”飞向哪个食物球,并重复老师的飞行路径才能得到奖励。之所以首选果蝠为研究对象,不仅因为其出色的导航能力,还因为它像我们人类一样,是一种社会属性很高的群居动物。当然啦,在被问到如何保证两只蝙蝠不一起飞行,一只一定会乖乖等待另一只先飞时,Ulanovsky解释道:“我们会从果蝠里选一些气质强悍的蝙蝠当【老师】,以保证它的【学生】根本不敢和它一同起飞去寻找食物。

总之,要把它们分开,我们才有可能区分哪些是和【自我定位】有关的细胞,哪些是和【对他人定位】有关的细胞。”

根据佩戴在蝙蝠脑部的神经记录仪传回的数据,研究人员发现,当蝙蝠在飞行过程中进行自我定位时,位置细胞如预期般活跃起来;但当“学生”观察“老师”的飞行路线时,尤其当“老师”飞经某个特殊地点时,海马中约18%的神经细胞也变得异常活跃。

经分析,后者中约有半数要肩负自我定位和对他人定位的双重任务,而另一半则是专门追踪其他蝙蝠位置的“社交位置细胞”。并且,这些“社交位置细胞”是名副其实的专职专用,即只能追踪同伴(或其他动物)的运动,而对在眼前移动的其他物体(如小球或者小方块等)无动于衷。

与果蝠的实验原理相似,红色小鼠先出发寻找食物。蓝色小鼠必须在T字路口转向和红色小鼠相反的方向才有奖励。与此同时,来自日本的科学家也在类似的小鼠实验中观察到了相同的现象,两篇论文一同确认了“社交位置细胞”的存在,也同时针对大脑的定位功能提出了新的问题:实验中的他人均为一人,如果环境中有多个同伴,“社交位置细胞”如何分别定位?此外,细胞的活跃程度由哪些因素决定?同伴间的亲缘关系远近?还是性别的异同?

对此,Ulanovsky教授认为:“这些发现告诉我们,海马中的定位功能绝不仅仅是描绘物理地图这么简单,它还涉及动物对社交环境更深入的认知。”

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