并非所有动物都拥有大脑。刺胞动物,如海葵和水母,只有分散的神经网络,因此它们只能以非联想方式进行学习。
小星海葵 (Nematostella vectensis)。 (Gaëlle Botton-Amiot/弗里堡大学)
学习是生命中一项重要的特征,从鸟类到粘菌等所有生物都具备不同程度的学习能力。即使是最简单的生物,在反复暴露于相同刺激的情况下,也会发生习惯化或敏感化的非联想学习。
近期的研究表明,小星海葵 (Nematostella vectensis) 具备惊人的学习能力,它们可以记住光和电脉冲之间的联系。资深作者、弗里堡大学神经生物学家西蒙·斯普雷彻表示,“这就是所谓的联想学习,证明即使没有大脑的动物也能通过神经系统表现出复杂的行为。”
有着高度智能的动物可以轻易地将刺激与反应联系起来,并根据它们所学习和记忆的内容改变它们的行为。例如,如果一个人不小心碰到热炉子而感到疼痛,他可能会改变自己的行为以避免再次发生同样的情况。记忆能力被认为是随着神经系统的进化而出现,调节大脑中突触强度和可塑性。
然而,并非所有动物都拥有大脑。刺胞动物,如海葵和水母,只有分散的神经网络,因此它们只能以非联想方式进行学习。
为了研究小星海葵的联想学习能力,来自瑞士弗里堡大学和西班牙巴塞罗那大学的西蒙·斯普雷彻 及其同事使用光和电击进行了经典条件反射实验。
在经典条件反射实验中,最初的中性事件以奖励或负面结果的形式与具有生物学意义的结果配对。40 多年前的研究曾经证明海葵具有经典条件反射,但这些研究从未被重复。
小星星海葵 ( Nematostella vectensis )的头。(Gaëlle Botton-Amiot/弗里堡大学)
西蒙·斯普雷彻和他的团队进行了一项实验,他们将小海葵分成10或18只一组,并将它们随机分配到两组,一组进行光脉冲和电脉冲同步的配对试验,另一组则进行光脉冲和电脉冲不同步的非配对试验。在实验中,他们使用一个小的电击让动物缩回触手,通过在光照的同时或不同时间给它们电击来训练它们。接着,他们单独测试了动物对光的反应。在训练期间同时接受光和电击的动物会调整它们的行为,并在条件反射后单独对光做出反应。
实验结果显示,在先前与光同时受到电击的组中,有72%的动物仅在光时就缩回了触手。而这一比例在不同时间接受电击和光照训练的动物组中只有30%。此外,研究人员使用软件跟踪测试中每个点的动物体长,并测量了后缩的程度。他们发现,与未配对的组相比,同时接受电击和光照训练的动物的最大回缩长度明显更长。
研究人员指出,虽然目前尚不清楚刺胞动物是否与我们共享相同类型的神经递质或神经调节剂,例如血清素或多巴胺,而且这些动物的联想学习可能是独立进化的。但是,这项研究提供了有关具有简单神经系统的生物的学习过程的新见解,这将有助于推动对记忆结构的研究。该研究已发表在美国国家科学院院刊上。