Cell | 科学家呼吁动物智能的神经基础研究需要新思路

文摘 2024-10-24 22:30 日本

“是时候改变我们的思维方式了”

科学家把动物在自然界生存所需的各种能力称为"自然智能"。在大自然中，动物们展现出令人惊叹的能力：它们能感知地球磁场来寻找繁殖地，能建立复杂的社会关系来获取食物和配偶，能灵活应对不同环境带来的挑战。这些智能行为都源于它们的神经系统（大脑和神经网络）的自组织活动。

然而，2024年10月17日，加州大学伯克利分校的科学家在 Cell 期刊发表了一篇题为《理解自然智能的神经基础》的评论文章。科学家们指出目前的研究方法可能让我们错过了理解动物智能的关键，因此研究动物智能的方法需要重大改变。

传统研究方法的问题

目前，科学家研究动物智能的神经基础时，通常采用简化的方法：选择一种行为（如决策或记忆），让动物在实验室里反复完成简单任务，同时记录它们的神经活动。就像著名神经科学家基思·卢卡斯的青蛙神经-肌肉实验，这种方法帮助我们理解了神经细胞的基本特性，但可能错过了更复杂的智能行为背后的神经机制。

想象一下，把老鼠关在小笼子里，让它反复做同样的动作来研究它的运动能力。这种研究得出的结论，更像是在研究"职业运动员"的表现，而不是动物在自然环境中的真实行为。科学家指出，单纯观察动物在重复任务中的神经活动是不够的。在自然环境中，动物的神经系统要应对各种未知情况，而不是简单重复同样的动作。比如，一只老鼠在实验室里学会按杆得到食物的神经活动模式，可能与它在野外寻找食物时的神经活动有很大不同。

科学家提出的新方向

（1）从自然现象出发：科学家建议，研究应该从观察动物在自然界中展现的实际能力开始，如返回巢穴、捕捉猎物、适应环境变化、使用工具等，而不是预先设定要研究"记忆"或"决策"这样的概念。

（2）应用现代技术：科学家们研制出了微型记录设备，可以安装在自由活动的动物身上，实时记录它们的大脑活动。同时，新型的神经记录技术取得重大进展，使研究人员能够同时观察数百甚至数千个神经细胞的活动。配合人工智能技术，科学家们可以分析这些复杂的神经活动数据，找出其中的规律。这些技术进步让科学家得以在动物展现自然行为时研究它们的神经活动，大大扩展了研究范围，不再局限于简单的实验室任务。现在，我们终于有机会观察和理解动物在自然状态下的智能行为是如何由大脑产生的。

（3）开展比较研究：不同动物的大脑结构各有特点。通过比较不同物种的神经系统，科学家可以更好地理解智能是如何在进化过程中产生的。比如，研究啮齿类和灵长类动物在相似任务中的神经活动差异，有助于理解不同动物如何用不同的神经机制解决同样的问题。

改变的必要性

著名物理学家费曼曾说："我造不出来的东西，我就不理解。"虽然人工智能在某些方面取得了巨大进步（如下棋、玩游戏），但在最基本的生存技能上（如灵活移动、获取能量、适应环境）仍远不如动物。这说明我们对动物智能的神经基础理解还很不充分。就像物理学在发现量子力学之前，我们现在的理论可能只说对了一部分事实。

展望

研究人员认为，要真正理解动物智能的神经基础，需要采取更全面的研究策略。首先，科学家们应该在更接近自然的条件下研究动物的神经活动，让动物能够自由地表现出它们的天性。其次，研究重点应该转向那些非重复性的关键行为时刻，比如动物首次遇到危险或发现新食物源时的神经反应。同时，科学家们强调需要扩大研究物种的范围，通过比较不同动物的神经系统来揭示智能的多样性和共同规律。此外，研究人员还需要深入理解动物的神经活动是如何随着环境变化和经验积累而改变的，这对于理解学习和适应的神经机制至关重要。

论文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00843-2

撰文｜Coral

责编｜Asher

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