動物的情景記憶:怪不得能找到回家的路-虎嗅網

2020-12-17 虎嗅APP


心理時間旅行並非人類獨有的能力。大鼠和人都能記住通向蘋果園的路和上一次在那兒的經歷。


自近現代科學誕生以來,少有人願意費心去研究「動物能夠記住過往經歷」這一看似荒謬的想法。顯然只有裝備碩大且複雜大腦的人類才能擁有情景記憶,例如回憶上周六到雜貨店購物的過程。


以往盛行的觀念是:動物在其長久的生存鬥爭中一定活在當下,且只在當下。如今,在自身認知「超能力」的幫助下,我們才知道自己錯得離譜。動物世界的記憶冠軍甚至能幫助我們改進治療阿爾茲海默症的方法。


動物是活在當下、沒有記憶的低等存在,這一看法根植於一個有著四百年歷史的觀點,它至今仍在哲學導論課堂上被傳授與討論,「它們進食而不知歡愉,流淚而不知痛苦,生長而不自知;它們無欲,無畏,無知。」法國牧師與哲學家馬勒伯朗士如是寫道,詩意地總結了近代西方哲學之父勒內·笛卡爾的觀點,他認為動物缺乏靈魂,因此不過是機械的「自動機」。


一隻明斯特蘭犬在回想過去的輝煌歷史,圖片來源:Courtesy Wikimedia


隨著科學上對動物能力的進一步理解,這種假設已經不可能得到證成。或許是在意料之中,從20世紀80年代開始,研究證實動物能夠進行所謂的程序性記憶 —— 一種有助於奔跑、攀爬等運動技能的長期記憶。


可動物是否有進行心理時空旅行,回溯一件過去的事件並將其在腦海中重演的能力?換言之,它們是否擁有情景記憶呢?


於1972年定義了情景記憶的加拿大心理學家恩德爾·圖爾文認為這種精神技能並不局限於人類,並普及了該觀點。圖爾文的疑問在於:有何證據表明其他物種的海馬體能夠像人一樣捕獲記憶?



一小群鍥而不捨的研究者並沒有被這個問題嚇住,他們堅持探索著動物是否具有情景記憶這一問題。他們認為我們或許只是沒有找到檢驗它的正確方法。


考慮到動物不能告訴我們它們的內在感受,這確實是個艱巨的挑戰。但如今,隨著研究動物記憶的巧妙方法出現,科學家們前所未有地接近問題的答案,並有望徹底解決。在過去十年間,研究動物王國偏遠一隅的科學家也得出了相同結論:至少一部分動物對過去的經歷有著像人一樣的記憶。


印第安納大學的神經科學家喬納森·克裡斯託認為:「長久以來,人們默認非人動物不具有形成情景記憶的能力,這種觀點是錯誤的。」


面對逐漸累積的證據,一位曾經的懷疑者叛變了:奧克蘭大學的心理學家麥可·克博裡斯2012年在《認知科學趨勢》上寫道,心理時間旅行並非人類獨有的能力,這「從演化的角度看是極有可能成立的」。畢竟人類是從其它哺乳動物演化而來的,若不是從我們的非人祖先那裡獲得情景記憶能力,我們又能從何處獲得呢?大鼠和人都能記住通向蘋果園的路和上一次在那兒的經歷,這聽起來真的那麼難以置信嗎?


迄今為止,動物能夠重溫過去的一些的有力證據來自克裡斯託對於大鼠情景記憶的研究。既往研究對情景記憶的測試往往局限於特定方面,例如某事何時何地發生,極少有研究探尋最重要的一點:動物能否在腦海中將過往經歷從頭至尾地重演。


為了研究大鼠的回憶能力,克裡斯託和他的博士生丹妮爾·帕諾茲-布朗在2018年開展了一項巧妙的研究。


首先,他們讓13隻大鼠通過訓練記住12種氣味。他們搭建了一個有著12個站點的大鼠「競技場」,站點用數字1至12標記,每個站點有一種不同的氣味。當大鼠辨認出了路線中的特定氣味,比如倒數第二種或倒數第四種,就會受到獎勵。接下來研究人員改變了氣味對應的數字並觀察大鼠是否掌握了訓練內容:即使氣味的數字已經改變,它是否仍能辨識出之前的倒數第二種和倒數第四種氣味?這樣可以確保大鼠是通過氣味在序列中的位置,而非氣味本身將其辨別。


克裡斯託說:「我們想知道動物能否記住多種事物及其發生的順序。」


他們讓13隻大鼠通過訓練記住12種氣味, 若大鼠辨認出倒數第二種或倒數第四種,就會受到獎勵。接下來研究人員改變了氣味對應的數字並觀察大鼠是否掌握了訓練內容。圖片來源:Panoz-Brown D.(2018).Curr Bio


經過一年此類測試之後,克裡斯託的團隊發現大鼠在約87%的情況下能完成任務。後續的測試證實它們可以牢牢記住,並經受得住其他記憶的幹擾。更重要的是,在研究者暫時性地抑制海馬體時,大鼠的表現會變差,這進一步證明了實驗中大鼠是依靠情景記憶完成任務的。


2018年,以海豚為對象的其它研究表明,動物在重演記憶時海馬體會變得活躍,證實了海馬體能調節記憶的重演,進一步衝擊了圖爾文關於動物的海馬體不能進行情景記憶的觀點。


《記憶的認知神經科學》作者、波士頓學院心理學家斯科特·斯洛尼克認為情景記憶在動物界比任何人想像的更為普遍,至少在哺乳動物中如此。


他於2017年在博客中寫道:「海馬體的銳波波動調節記憶的重演,人們曾在許多實驗動物中觀察到這種波形,據此能推斷所有哺乳動物都擁有情景記憶的能力。」




銳波波形。海馬體會將特定記憶信息以及同時發生的感知記憶一起存儲於銳波中,便於以後的提取。銳波一般只在睡眠、麻醉狀態下產生,但在實驗動物走迷宮時產生的特定神經放電模式會在睡眠時以銳波形式重複回放。圖片來源:Olena Shmahalo/Quanta Magazine



這種關於動物情景記憶的全新範式,其影響會遠遠超出我們對動物內心與行為的理解。大鼠在記憶測試中的優異表現意味著它們能讓我們了解更多關於阿爾茲海默症的信息,包括如何有效治療它。克裡斯託說:「阿爾茲海默症中退化最多的是情景記憶,因此我們正努力構建與之更接近的大鼠模型。」


此時正是最佳時機:新的基因工具,如基因編輯技術使得科學家能夠在大鼠中製造出神經上類似阿爾茲海默症的狀態,使它們成為測試阿爾茲海默症新藥的完美模擬被試。


進行昂貴且通常虎頭蛇尾的臨床試驗之前,科學家能夠先在失去情景記憶的大鼠身上測試新藥,更好地預測這種藥在人類身上可能會起到什麼效果。「這開啟了各種新機遇。」克裡斯託說,「如果一種藥不能改善情景記憶,說明它不會成為最有價值的療法。」



阿爾茲海默症藥物研發的成功率低得讓人痛心,傑弗裡·卡明斯2017年在《臨床與轉化科學》上發表的一項研究稱,這類藥物研發的失敗率為99%。「客觀地說,有很多因素。」克裡斯託告訴我,「但我的主張是一旦解決好這些問題,最好使用涉及到情景記憶功能的模型。」


克裡斯託和他的團隊現階段正在建立這些大鼠模型,但它們不會很快成型。僅美國就有580萬阿爾茲海默症患者,而隨著人口老齡化,預計2050年將增至1400萬。如果具有情景記憶的大鼠能夠幫我們破解阿爾茲海默症的秘密,或許這回憶竊賊終將被人類擊敗。


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