老鼠的学习速度比以前想象的要快得多
你上下班的路上可能看起来是一件平凡的事情，但这是我们大脑每天必须执行的复杂任务的一个很好的例子:导航、记忆、决策、感官处理等等。研究人员经常使用动物模型，如小鼠，来研究这些行为背后的神经过程。然而，许多用于研究老鼠学习的任务并不是“自然的”——它们不是老鼠一生中可能会做的行为。
加州理工学院的研究人员现在进行了一项研究，他们测量了老鼠如何穿越复杂的迷宫，提出了一个研究复杂动物行为和学习的新框架。这些老鼠很快就学会了如何在这种不熟悉的环境中导航，速度比一般老鼠学习简单但不自然的任务快1000倍。这项研究揭示了我们如何看待大脑和身体在生活中的作用情报．有趣的是，加州理工学院的研究生在同一个迷宫的模拟版本中，表现与老鼠相似。
这项研究是马库斯·梅斯特(Markus Meister)博士的实验室之间的合作。'87)，安妮P.和本杰明F. Biaggini生物科学教授，和Pietro Perona, Allen E. Puckett电气工程教授。一篇描述这项研究的论文发表在该杂志的网上eLife2021年7月21日。
想象你面前有一个方向盘。当你左边有灯亮时，你必须把方向盘向左转;当你的右边亮起红灯时，你必须把方向盘向右转。考虑到只有两个决定——左转或右转——你可能根本不需要花时间来学习这个简单的方法任务．然而，一只实验室的老鼠可能需要大约10,000次试验才能正确地学习如何完成这样的任务。即便如此，鼠标的正确率也只有80%。这项任务对人类来说似乎很简单，但对老鼠来说就不那么自然了。
梅斯特说:“在过去的几年里，我们一直在努力开发实验方法，这些方法更尊重自然动物行为的复杂性，更类似于动物在现实世界中的行为。”
在研究生马修·罗森伯格和托尼·张的带领下，该团队为老鼠开发了一个复杂的迷宫，共有63只老鼠决定结点和64个可能的端点。迷宫中有一个水口，可以喷出一小滴水。研究人员让一只老鼠从自己的笼子里进入迷宫，让它在一个晚上随心所欲地探索。摄像机跟踪了老鼠的运动，并量化了探索行为。
梅斯特说:“在这项研究中，我们将一只老鼠暴露在一个复杂的迷宫环境中，打开相机，然后走出房间。”“我们不会对动物施加任何影响。我们只是在7个小时后回来，分析老鼠在这段时间里做了什么的视频。我们允许老鼠做老鼠能做的决定，而不是强迫它们接受一些无关紧要的抽象任务。”
在这些实验中，大约有一半的老鼠是口渴的，可以假设这是由于寻找水的驱动力。在另一半实验中，老鼠吃饱了。虽然一只口渴的老鼠不知道里面有水，但它会有条不紊地探索迷宫。在第一次发现水口后，老鼠平均只需要10次尝试就能从自己的笼子里找到最有效、最直接的路线。最直接的路线需要六个正确的决定。
研究中使用的19只老鼠都倾向于遵循一定的“探索规则”。例如，当遇到一个节点时，老鼠可以选择向左、向右或向后退。所有19只老鼠都强烈倾向于继续前进，而不是转身。此外，老鼠在探索时倾向于左右交替。这些“规则”是来自于经验，还是来自于大脑的基因，还有待研究。
Rosenberg和Zhang随后制作了一个迷宫的复制品作为电子游戏，并邀请他们的研究生实验室伙伴通过数字方式探索迷宫。这些学生的表现与老鼠相似，在经历了类似数量的成功经验后学习如何导航。
老鼠“快速”学习的一个关键组成部分是一种被研究人员称为“突然顿悟”的现象。在更传统的老鼠学习实验中，比如方向盘任务，实验鼠会倾向于学习缓慢，逐渐提高正确完成任务的能力。但在迷宫范式中，每一个鼠标展示了一种“灵光乍现的时刻”，他们似乎突然明白了如何在迷宫中穿行。
张说:“我们发现，对于大多数得到奖励的老鼠来说，口渴可能是它们的驱动力，突然之间，它们就有了某种‘点击’。”“在这个‘啊哈时刻’之后，动物们开始更频繁地选择复杂但直接的路径到水里，这表明它们把自己的知识用于导航迷宫所有在一起。”
罗森伯格说:“我们已经找到了一种方法来设计一项利用老鼠核心能力的任务。”“有些人可能会说老鼠很笨，但如果你挖掘它们的核心进化生态位，你就有机会观察到熟练的行为。这让我们能够真正了解学习是如何发生的。”
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