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金魚腦到底怎麼思考?科學家精細手術插入電極來研究

太報

發布於 2023年04月26日08:21 • 林宜萱
科學家將電極插入金魚腦裡,在頭上安裝記錄器進行研究。翻攝《紐約時報》/Lear Cohen

現代人開玩笑時偶爾會以「金魚腦」來形容記憶力差或腦力較弱的情況,不過科學家對於金魚腦的了解其實還不算很深。為了更理解金魚腦的運作方式,一組科學家將電極插入金魚腦部,連結到金魚頭上的紀錄器,監控金魚的神經元運作。在實驗過後,這些金魚全都難逃死亡的命運。

《紐約時報》報導,科學家為了研究金魚的空間概念,將電極穿過魚骨上的小孔洞,並連接到魚頭頂部的紀錄器。這讓金魚看起來有點滑稽,不過這項研究可以探知魚類游動時的大腦機制,藉此探究其他動物的大腦領航功能如何演化,研究結果25日發表在《PLOS生物學》(PLOS Biology)期刊上。

要把電極刺入金魚腦部並不容易,因為金魚腦就像是一小撮小扁豆,大小只有1.3公分左右。科學家得先幫金魚做「開腦」手術,然後在顯微鏡下把電極放進去,這些電極直徑和人類頭髮差不多。

負責置入電極的以色列班古里昂大學(Ben-Gurion University of the Negev)神經科學博士候選人科恩(Lear Cohen)說,要在無水的環境下進行這項手術實在很難,「魚需要水,而你需要牠不要動」,最後在同事幫忙下,他們把水和麻醉劑一起灌進金魚嘴裡,才得以完成電極置入手術。

電極會連接到一個小型紀錄器上,這個紀錄器放在防水的盒子裡,安裝在金魚頭頂,可以監測金魚的神經元活動。為了防止紀錄器太重害金魚抬不起頭,盒子上還裝了一些小浮板。

等金魚醒來時,就會被放進一個約60公分長、15公分寬的水箱裡。科學家發現,金魚游得越靠近水箱壁時,大腦當中的導航神經細胞就越活躍。

紀錄器上的數據顯示,魚腦的導航細胞和哺乳動物不同。例如人類的導航細胞是專門確定人類在一個環境裡的具體位置,以這個位置為中心來理解周圍環境;哺乳動物的神經元大多可以讓動物在腦內的空間為自己精準定位,彷彿在地圖上放置一個圖釘,讓自己知道「我在這裡」

但金魚腦內沒有這種細胞。金魚的神經元可以讓牠們知道自己正在靠近障礙物。金魚是透過整理牠與各種障礙物之間的距離,來為自己在空間裡的位置定位,所以金魚的思路是「我在A路徑上是在這一個點,在B路徑上則是在那一個點」。

研究人員之一的科恩表示,這種差別可能是因應棲地的環境和挑戰,例如在不斷變化的流水中,金魚得知與障礙物的距離比較容易,要知道自己的確切位置反而比較難。

這些實驗得到以色列班古里昂大學動物福利委員會的批准,而在實驗過後,金魚都被安樂死,以便深入檢視牠們的大腦,讓研究人員繼續探究魚腦的導航系統和人類有何不同、以及為何不同。

未參與實驗的英國牛津大學生物學家西博(Adelaide Sibeaux)表示,這項研究之所以重要,是因為人類正在改變很多動物的生存環境,「如果你知道動物的大腦如何導航,就能知道牠們能否適應目前的這些變化」。

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