新研究表明，老鼠也有想象力

作为人类，我们的生活充满了思考，无论是在筹划晚餐菜单还是在畅想我们上次的海滩假期。如今，HHMI的詹尼利亚研究园区的研究人员发现，动物也拥有类似的想象力。

Lee和Harris实验室的一支团队研发出了一种独特的系统，通过虚拟现实和脑-机接口相结合，来探查鼠类的内在思想。他们发现，动物可以像人类一样，想象并思考那些不在眼前的地点和物体，通过思想来想象走向某个地方或者将某个远程物体移动到特定的地点。

当啮齿类动物体验地点和事件时，他们的大脑功能区——海马体，会像人类一样激活特定的神经活动模式。海马体是负责空间记忆的大脑区域。新的研究发现，老鼠可以通过主动产生相同的活动模式来回忆与他们当前位置相距很远的地点。

"即使老鼠的身体固定在某一地，它的空间思维也可以游走至很远的地点。" Harris和Lee实验室的博士后Chongxi Lai，也是这篇描述新发现的文章的第一作者，表示。

这种想象自身离开当前位置的能力，对于记忆过去的事件和构想未来的场景至关重要。因此，新的研究表明，动物和人类一样，拥有一种形式的想象力。

"想象是人类的一种了不起的能力。现在我们发现，动物也有同样的能力，而且我们找到了一种可以研究它的方法。" 这是曾经是Janelia小组负责人，现在在贝斯以色列女执事医疗中心作为HHMI研究员的Albert Lee所说。

九年前，当Lai作为研究生到达Janelia，他带来一个测试动物是否能够思考的想法。他的导师，Janelia的资深研究员Tim Harris建议他去找Lee聊聊，因为Lee的实验室也有相似的问题需要解决。

这些实验室共同投入研发一套可以理解动物思维的系统，这是一个可以实时测量神经活动并翻译其含义的“思想探测器”。

这个系统使用了一种脑-机接口 (BMI)，为大脑活动和外部设备之间提供了直接的连接。在他们的系统中，这个BMI将鼠类海马体的电活动和它在360度虚拟现实竞技场中的位置相连接。

海马体存储着回忆过去和想象未来场景所需的关于世界的精神地图。记忆的回忆涉及产生与地点和事件相关的特定海马体活动模式。然而，之前并不清楚动物是否能主观控制这种活动。

BMI使研究人员能够测试一只老鼠是否能激活海马体活动来思考场地中的位置，而无需物理上真的去到那。这实质上能检测动物是否能够想象走向某个地方。

开发出这套系统后，研究人员需要创建一个“思想词典”来解码鼠类的大脑信号。这个词典记录当鼠类体验一些事物–这里指的是VR竞技场中的地点–时，活动模式的形态。

老鼠被固定在由Lee实验室的博士后Shinsuke Tanaka设计的VR系统中。当老鼠在球形的跑步机上行走时，它的动作会在360度的屏幕上呈现出来。老鼠在成功找到目标地点后会获得奖励。

与此同时，BMI系统会记录老鼠的海马体活动。研究者可观察在老鼠来回行走到每个目标地点时哪些神经元被激活。这些信号为实时的海马体BMI提供了基础，在这个系统中海马体活动被转换成屏幕上的动作。

接下来，研究人员将跑步机断开，然后奖励老鼠复现达到目标地点所需的海马体活动模式。在这个被称为“跃迁者”任务中，BMI将动物的大脑活动转化为虚拟现实屏幕上的移动。实质上，动物可以通过思考获得奖励首先想象他们需要走到哪里。这种思考过程是人类经常会体验到的。比如，当我们被要求到熟悉的商店购买食材时，我们可能会在出门前想象一下路过的位置。

在第二个任务中，被称为"绝地武士"任务中，鼠类通过思考来将一个物体移动到特定的地点。老鼠被固定在虚拟的一个地点上，但通过控制他们的海马体活动，"移动"一个物体到VR空间的目标地点，就好像一个人坐在办公室里想象把咖啡杯拿到咖啡机下装满咖啡一样。然后，研究人员改变目标地点，要求动物产生与新位置相关的活动模式。

他们发现，老鼠能够精准和灵活地控制他们的海马体活动，就像人类可能做的那样。动物也能维持这种海马体活动，让他们的思维停留在一个给定的地点很长一段时间–这个时间范围与人类回忆过去的事件或构想新情境的时长相似。

"令人惊讶的是，老鼠如何学会长时间地思考那个地方，而不是其他地方，这可能违背了我们对鼠类注意力跨度的一般认知，" Harris说。

研究还表明，BMI可以用来探测海马体活动，为研究这个重要的大脑区域提供了新的方式。对于越来越多应用到假肢上的BMI，这项新研究也为根据同样的原理设计新的假肢设备提供了可能。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh5206