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動物也有時間觀念?讓小鼠玩一玩 VR 找答案

2018/10/24 — 16:38

除了聽聲、看燈和主人指示以外,究竟狗隻知不知道要等多久才可過路?或者將問題再推遠一點,究竟動物有沒有時間觀念?

美國西北大學神經生物學家 James G. Heys 跟 Daniel A. Dombeck 一直都希望知道,動物會否如人類一樣,能感知到時間流逝。提到時間,自然與記憶相關。其中,腦部的內側內鼻皮質 (medial entorhinal cortex) 就有神經元專門處理記憶中的空間和導航資訊,而對時間觀念日漸減退的失智病人,大多也在此區域開始發病。因此,他們估計這結構有機會與動物對於時間的理解有關。

Hyes 跟 Dombeck 先為小鼠施行手術,以讓他們直接利用光學顯微鏡 (photon microscope) 觀察內側內鼻皮質活動的改變。另外,他們也為小鼠配備了虛擬實境 ,以及「跑步機」供牠們在「虛擬空間」行走(圖一)。其中一組虛擬開門實驗就可幫助了解小鼠對時間的感覺。實驗中,小鼠可在走廊中向前走動,直至一半中途的「虛擬門」。門前的地板顏色結構會同時改變。當小鼠在門前等待 6 秒後,門口打開,小鼠可繼續行走。走過門後,小鼠再走一段路就會抵達「終點」。而在終點,研究人員亦會給予牠們實體獎勵。

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看起來像潛望鏡般的 VR 環境/Hyes & Dombeck (2018)

看起來像潛望鏡般的 VR 環境/Hyes & Dombeck (2018)

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研究人員在小鼠熟悉環境後,原本有顏色的虛擬門口會變成「隱形」。由於接近門口的地板顏色明顯會有改變,小鼠抵達差不多的位置時,竟然也會自動停低。「 1 秒、2 秒、3 秒⋯⋯」 等待 6 秒後,小鼠知道透明門重開,火速跑向終點。

看起來像 Doom 遊戲畫面/Heys & Dombeck (2018)

看起來像 Doom 遊戲畫面/Heys & Dombeck (2018)

現實沒有隱形門,做不到這種實驗,但虛擬實境就可以。研究人員就可排除小鼠是透過聲音、氣味或觸碰知道門口開了沒有,而是完全透過時間判斷「門是否開了」。

與此同時,研究人員亦利用光學顯微鏡觀察著小鼠遇到透明門時等待的反應。他們留意到,小鼠跑動到門前期間,內側內鼻皮質其中一組神經元開始變得活躍,相信與空間記憶有關。不過,當牠們抵達透明門位置時,這組神經元活動減少,另一組神經元開始活躍起來。 Hyes 和 Dombeck 估計這組神經元是與小鼠的時間感有關。

實驗再引伸更多問題,其他動物有沒有這類觀念?而時間觀念又對於動物有甚麼作用?會不會跟牠們的覓食行為有關?一切都仍有待發掘。 

參考資料:
MedicalXpress, New study finds 'timing cells' in the brain may underlie an animal's inner clock, 23 October 2018 

報告:
Heys, J.G. & Dombeck, D.A. (2018). Evidence for a subcircuit in medial entorhinal cortex representing elapsed time during immobility. Nature Neuroscience, Published Online. DOI: 10.1038/s41593-018-0252-8

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