
克罗斯利说,这些小小的觅食者也是“出色的学习者”,在一次接触后就能记住一些东西。在这项新研究中,研究人员深入观察了蜗牛的大脑,以弄清楚它们在获取记忆时在神经学层面发生了什么。
哄骗记忆
在实验中,研究人员对蜗牛进行了两种形式的训练:强训练和弱训练。在高强度训练中,他们首先向蜗牛喷洒香蕉味的水,蜗牛认为这种水的吸引力是中性的:它们会吞下一些,但会吐出一些。然后,研究小组给蜗牛喂糖,它们狼吞虎咽地吃了下去。
当他们在一天后对蜗牛进行测试时,蜗牛表现出他们已经学会了将香蕉的味道与糖联系起来。蜗牛似乎更喜欢这种味道:它们更愿意吞下水。
相比之下,蜗牛并没有从弱训练中学习到这种积极的联系,在弱训练中,在一个椰子味的沐浴之后,再吃一个稀释得多的糖。蜗牛一边继续吞咽,一边把水吐出来。
到目前为止,这个实验基本上是巴甫洛夫著名的条件反射实验的蜗牛版本,在巴甫洛夫的实验中,狗在听到铃声时学会了流口水。但随后,科学家们观察了在用香蕉调味料对蜗牛进行强强度训练,几小时后再用椰子调味料进行弱强度训练的结果。突然,蜗牛也从弱训练中学会了。
当研究人员改变顺序,先进行弱训练时,同样无法传递记忆。蜗牛仍然形成了对强训练的记忆,但这对之前的经历没有追溯强化作用。交换在强和弱训练中使用的口味也没有效果。
科学家们得出结论,高强度的训练使蜗牛进入了一个“学习丰富”的时期,在这个时期,记忆形成的门槛较低,使它们能够学习到它们在其他情况下不会学到的东西(比如味道和稀糖之间的弱训练联系)。这种机制可以帮助大脑在适当的时候将资源用于学习。食物可以使蜗牛对附近潜在的食物来源更加警觉;与危险擦肩而过可以增强它们对威胁的敏感度。
一只将调味水和糖联系在一起的海蜗牛迅速张开和闭上嘴巴吞下它(右图)。没有学会这种联想的蜗牛会紧闭嘴巴(左图)。视频:Michael Crossley, Kevin Staras/Quanta杂志
然而,对蜗牛的影响是短暂的。高强度训练后的学习丰富期只持续了30分钟到4小时。在那之后,蜗牛在弱训练期间停止形成长期记忆,这并不是因为它们忘记了强训练——这种记忆持续了几个月。
拥有一个增强学习的关键窗口是有意义的,因为如果这个过程没有关闭,“这可能对动物有害,”克罗斯利说。这样一来,动物不仅会投入太多的资源来学习,而且还会学习对其生存有害的联想。
改变了看法
通过电极探测,研究人员发现,当蜗牛在训练中形成长期记忆时,它的大脑内部发生了什么。大脑活动发生了两种平行的调整。第一种是对记忆本身进行编码。第二种是“纯粹与改变动物对其他事件的感知有关,”克罗斯利说。它“根据过去的经验改变了看待世界的方式”。
他们还发现,他们可以通过阻断多巴胺的作用来诱导蜗牛的感知发生同样的变化,多巴胺是由激活吐痰行为的神经元产生的大脑化学物质。实际上,这开启了负责吐痰的神经元,而让负责吞咽的神经元一直处于开启状态。这次经历与之前的实验中强训练产生了同样的传递效应:几小时后,蜗牛对弱训练形成了长期记忆。
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