科学家发现斑马鱼中特殊神经元 通过预判来躲避危险
预测未来是鱼类和人类决策的一个组成部分。当真实情况与预期不一致时,大脑会产生“预测错误”,让我们知道我们的预期是错误的。预测是由环境的内部模型形成的,新的研究发现,鱼的大脑中有像人类的预测模型。
研究人员在斑马鱼学会在其鱼缸中避免危险时,实时监测了与预测错误相关的大脑活动。他们发现,这些鱼试图保持低的预测误差以有效地避免危险。由于规避风险是一种进化上的保守行为,这些结果揭示了包括人类在内的所有脊椎动物共享的重要大脑回路。
斑马鱼体积小且透明,这使得记录整个大脑的活动变得容易。在实验中,鱼在虚拟游动时看到了红色或蓝色虚拟现实区域的选择,并学会将虚拟区域的颜色与危险或安全联系起来。研究人员对大脑的前部称为端脑的部分特别感兴趣,它与哺乳动物的大脑皮层和其他结构相对应,并有助于决策。当斑马鱼学会在虚拟现实中避免危险时,它们的大脑活动的延时变化被记录下来,导致发现了代表预测错误的神经元。
当鱼开始学习选择穿过蓝色环境的虚拟路线会导致危险,而选择红色路线意味着安全时,出现了不同的活跃的神经元群。后来,在实验中逆转了这种关联,即红色变得危险而不是蓝色,导致了这些神经元的失活。
这告诉研究人员,这些神经元可能是在为一个行为规则编码,而不仅仅是鱼看到的颜色。在对虚拟现实空间的另一个改变中,风景被改变了,以便它不会根据鱼的尾部运动而改变。
例如,试图通过翻转尾巴来向前游,并没有像预期的那样使景色退去。这些操作揭示了一组神经元,只有当鱼认为能让它们到达安全地带的行动没有产生预期的结果时,这组神经元才被激活。
主要作者 Makio Torigoe 说:“我们认为这群神经元是在大脑中对预测错误进行编码,将它们周围环境的实际景象与预测景象进行比较,它们已经知道如果它们以某种方式行事,将使它们到达安全地带”。