據外媒報道，研究人員經常使用小鼠等動物模型來研究導航、記憶、決策、感官處理等行為背後的神經過程。然而，用於研究小鼠學習的許多任務並不“自然”–它們不是小鼠在其生命過程中可能做的行為。
加州理工學院的研究人員現在進行了一項研究，他們測量了小鼠如何在一個複雜的迷宮中導航，並提出了一個新的框架，用它來研究複雜動物行為和學習。小鼠迅速學會了如何瀏覽這個陌生的環境，比一般小鼠學習簡單而不自然的任務快了大約1000倍。這項研究對我們如何思考大腦和身體在智力方面的作用有影響。有趣的是，加州理工學院的研究生在瀏覽同一迷宮的模擬版本時表現與小鼠相似。
描述該研究的論文於2021年7月21日在線發表在《eLife》雜誌上。
想象一下，一個方向盤擺在你的面前。當你的左邊有燈亮起時，你必須把方向盤轉向左邊；當你的右邊有燈亮起時，你必須把方向盤轉向右邊。鑒於只有兩個決定–向左轉或向右轉–你可能根本不需要花時間來學習這個簡單的任務。然而，一隻實驗室老鼠可能需要大約1萬次試驗才能正確地學會如何完成這樣的任務。即使如此，小鼠也可能只有80%的時間是正確的。這項任務，儘管對人類來說似乎很簡單，但對老鼠來說卻不是一項非常自然的工作。
研究人員Markus Meister說：“在過去的幾年裡，我們一直在努力開發更尊重自然動物行為複雜性的實驗方法，這些方法更類似於動物在現實世界中的行為。”
在研究生Matthew Rosenberg和Tony Zhang的帶領下，該團隊開發了一個複雜的迷宮供小鼠探索，其中有63個決策路口和64個可能的終點。迷宮內有一個水瓶，可以提供水源。研究人員讓一隻小鼠從它的籠子里進入迷宮，並允許它在一個晚上隨意探索。一台攝像機跟蹤了小鼠的運動，並量化了探索行為。
Meister表示：“在這項研究中，我們將老鼠暴露在一個複雜的迷宮環境中，打開攝像頭，然後直接走出房間。我們不對動物施加任何影響。我們只是在七小時后回來，分析小鼠在這段時間內的行為。我們允許小鼠做出小鼠做出的各種決定，而不是強迫它們接受一些真正沒有意義的抽象任務。”
在這些實驗中，約有一半的小鼠是口渴的，可以假定它們是受尋找水的驅動力所驅使。在另一半的實驗中，小鼠被餵飽了。儘管口渴的老鼠不知道裡面有水，但它會有條不紊地探索迷宮。在第一次發現水源后，小鼠平均只需要10次嘗試就能找出從它的籠子到水瓶所在地的最有效、最直接的路線。最直接的路線需要六個正確的決定。
該研究中使用的19隻小鼠都傾向於遵循某些 “探索規則”。例如，當遇到一個關口時，小鼠可以選擇向左、向右或原路返回。所有19隻小鼠都強烈傾向於繼續向前走，而不是轉身。此外，小鼠在探索時傾向於交替採取左轉和右轉。這些“規則”是否來自於經驗，或者它們是否是大腦中的遺傳基因，還有待發現。
然後，Matthew 和Tony創建了一個作為視頻遊戲的迷宮副本，並邀請他們的研究生實驗室夥伴以數字方式探索這個迷宮。學生們的表現與小鼠相似，在類似數量的成功經驗後學會了如何導航。