多虧了這條“警報(bào)專線”，鼠鼠才能“三十六計(jì)，跑為上策”

出品：科普中國(guó)

作者: 王飛（神經(jīng)科學(xué)博士）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

隨著各大短視頻平臺(tái)鼠鼠系列視頻“走紅”，我們發(fā)現(xiàn)并不是所有老鼠都“人人喊打”。鼠類能幫助人類科學(xué)邁上新臺(tái)階，諸如金絲熊、荷蘭豬這些品種的鼠類甚至能夠成為人類的“座上賓”，搖身一變成為愛不釋手的寵物，等待“鏟屎官”們的投喂。

而在一貫的印象中，一些鼠類由于其破壞力強(qiáng)、偷吃糧食等特征，經(jīng)常會(huì)遭到人類的側(cè)目和驅(qū)趕。然而，人們發(fā)現(xiàn)，老鼠躲避、逃竄的動(dòng)作非常迅速，堪稱“逃跑專家”。遇到天敵時(shí)，它們還會(huì)采取一動(dòng)不動(dòng)的“裝死策略”，也就是以僵直防御行為來(lái)“保命”，可謂是“演技”高超。

大多數(shù)時(shí)候，人類無(wú)法直接抓住這位“逃跑專家”，而是需要借助一些捕鼠工具。那么，為何老鼠的反應(yīng)如此迅速呢？他們?nèi)绱遂`活敏捷地逃跑行為背后，究竟有何奧秘？

老鼠見了貓快速地逃跑

（圖片來(lái)源：AmazinglyTimedPhotos.com）

小鼠——天生的“逃跑專家”

大家都知道的一個(gè)事實(shí)是小鼠遇到危險(xiǎn)反應(yīng)極其迅速。不管是貓抓小鼠，還是人類追打小鼠，我們往往只能看見它一溜煙的跑了，甚至都不知道它是什么顏色的。而且它們逃跑時(shí)非常敏捷，可以瞬時(shí)改變方向、攀爬跳躍、上躥下跳，這使得比小鼠比一些大型動(dòng)物在運(yùn)動(dòng)靈活性上具有了天然的優(yōu)勢(shì)。

更為重要的是，小鼠特別機(jī)敏，在它的大腦里有一些特殊的結(jié)構(gòu)，這使得小鼠能夠在逃跑前，提前預(yù)測(cè)的危險(xiǎn)的存在。小鼠之所以被稱為“逃跑天才”，正是因?yàn)樗鼈兡軌蚝芸鞕z測(cè)到危險(xiǎn)的來(lái)臨，并且能夠通過(guò)一條快速通路，啟動(dòng)逃跑、僵直等防御行為。

有研究稱，小鼠只需要用0.05秒就能檢測(cè)到危險(xiǎn)信息，而且這些信息可以快速的傳遞到大腦中并做出行為。

一只狐貍出其不意地向一只土撥鼠發(fā)動(dòng)攻擊

（圖片來(lái)源：鮑永清，2019年度野生動(dòng)物攝影師大賽獲獎(jiǎng)作品）

“警報(bào)專線”——檢測(cè)捕食者，發(fā)射危險(xiǎn)信號(hào)

小鼠的視網(wǎng)膜中有一條專門的“警報(bào)專線”，可以讓小鼠很快的檢測(cè)到危險(xiǎn)信息。這個(gè)“警報(bào)專線”就是視網(wǎng)膜中的阿爾法神經(jīng)節(jié)細(xì)胞。它能檢測(cè)到逐步逼近的捕食者，并向大腦發(fā)射電信號(hào)——危險(xiǎn)來(lái)了！

那么，研究員們是如何找到這類特殊神經(jīng)元的呢？科學(xué)發(fā)現(xiàn)的第一步就是猜測(cè)。

研究人員通過(guò)對(duì)小鼠視網(wǎng)膜內(nèi)不同神經(jīng)節(jié)細(xì)胞分析比較后發(fā)現(xiàn)，阿爾法神經(jīng)節(jié)細(xì)胞具有其他細(xì)胞無(wú)可比擬的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)能力。它能夠?qū)⒁曈X(jué)信號(hào)第一時(shí)間發(fā)送到大腦內(nèi)。正是因?yàn)槿绱?，這個(gè)細(xì)胞自然成為這條警報(bào)專線的首選。

視網(wǎng)膜中不同種類的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞

（圖片來(lái)源：Volgi et al., 2009）

雖然研究員們?cè)缫巡碌搅诉@類細(xì)胞，但是這類細(xì)胞零散地分布在視網(wǎng)膜中，每次研究員們只能隨機(jī)抓取一個(gè)細(xì)胞，能不能碰見下一個(gè)，完全靠運(yùn)氣。

得益于深入的基因研究，研究員們找到了在阿爾法細(xì)胞中特異表達(dá)的一個(gè)基因。此后，研究員們培育了轉(zhuǎn)基因小鼠，通過(guò)這種方法，他們可以將該細(xì)胞點(diǎn)亮，讓它在眾多的細(xì)胞中脫穎而出。而且可以通過(guò)特殊的方法來(lái)控制這群細(xì)胞，進(jìn)而證明這類細(xì)胞的功能是什么。

記錄熒光標(biāo)記的阿爾法視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞

（圖片來(lái)源：Fei Wang et al. 2021, Current Biology）

那么，研究者是如何證明阿爾法細(xì)胞就是向腦中報(bào)告危險(xiǎn)信息的細(xì)胞的呢？

首先，他們控制這些細(xì)胞讓其沉默，同時(shí)令小鼠眼睛中的其他細(xì)胞保持正常的工作，此時(shí)的小鼠在看到逼近的捕食者時(shí)竟然不害怕了，甚至仍然會(huì)閑庭漫步的游蕩。

在這之后，研究者激活這類細(xì)胞，使得這群細(xì)胞向腦中發(fā)出假的警報(bào)信號(hào)。這時(shí)，雖然并沒(méi)有逼近的捕食者，但小鼠竟然開始逃跑，并且似乎感到非?？謶?。

通過(guò)控制小鼠視網(wǎng)膜中的阿爾法細(xì)胞來(lái)控制小鼠的恐懼行為

（圖片來(lái)源：Fei Wang et al. 2021, Current Biology）

既然已經(jīng)證實(shí)了阿爾法細(xì)胞證實(shí)向腦中報(bào)告危險(xiǎn)信息的細(xì)胞，那么問(wèn)題來(lái)了，阿爾法細(xì)胞又是如何看到危險(xiǎn)刺激的呢？

“警報(bào)專線”察覺(jué)危險(xiǎn)的“幕后功臣”——特殊的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

其實(shí)不管是迎面撲來(lái)的貓，還是從天上飛下來(lái)的貓頭鷹，小鼠看到的只是一個(gè)向它逼近的黑影。研究員們發(fā)現(xiàn)，只需要給小鼠看這么一個(gè)由小變大的黑色的圓，小鼠就會(huì)觸發(fā)逃跑和僵直反應(yīng)。

而阿爾法細(xì)胞正好可以看到這種逼近的黑影的刺激。當(dāng)記錄阿爾法細(xì)胞，并提供逼近黑影的刺激供其觀看時(shí)，研究員們發(fā)現(xiàn)，阿爾法細(xì)胞會(huì)對(duì)逼近黑影產(chǎn)生反應(yīng)，而且反應(yīng)強(qiáng)度可以對(duì)逼近視覺(jué)刺激的大小進(jìn)行調(diào)整，也就是說(shuō)，小鼠能夠通過(guò)阿爾法細(xì)胞對(duì)捕食者的距離進(jìn)行判斷。

阿爾法細(xì)胞的樹突（接收信號(hào)的結(jié)構(gòu)）就像一個(gè)個(gè)面向太空的雷達(dá)，長(zhǎng)長(zhǎng)的天線組成一個(gè)寬大的網(wǎng)。整個(gè)視網(wǎng)膜中有上千個(gè)這種細(xì)胞，它們互相重疊，不漏過(guò)視野里的每個(gè)點(diǎn)。這類細(xì)胞還有一根粗大的軸突（傳出信號(hào)的結(jié)構(gòu)），軸突能夠像電纜一樣傳輸信號(hào)。這個(gè)“電纜”的特殊之處是有絕緣外套包裹，相較于其他細(xì)胞，它能夠更快地將信號(hào)傳導(dǎo)至腦中。

小鼠視網(wǎng)膜中的阿爾法細(xì)胞

（圖片來(lái)源：中科院神經(jīng)所張翼鳳實(shí)驗(yàn)室）

當(dāng)阿爾法細(xì)胞看到逼近黑影的刺激后，它會(huì)向大腦輸出電信號(hào)。這個(gè)電信號(hào)可以不經(jīng)過(guò)小鼠的大腦皮層，直接進(jìn)入負(fù)責(zé)防御行為的腦區(qū)。這是一條由視網(wǎng)膜到皮層下通路的高速路，直接將危險(xiǎn)轉(zhuǎn)化為行動(dòng)。

這條高速路從視網(wǎng)膜開始，將危險(xiǎn)信號(hào)傳輸?shù)侥X中一個(gè)叫“上丘”的地方，然后“兵分兩路”，一路到指揮運(yùn)動(dòng)的腦區(qū)，啟動(dòng)防御行為；另外一路則抵達(dá)負(fù)責(zé)恐懼的腦區(qū)---杏仁核（長(zhǎng)得像杏仁），從而使小鼠產(chǎn)生恐懼情緒。

如此一來(lái)，危險(xiǎn)信息就不用先通過(guò)大腦皮層（產(chǎn)生思維意識(shí)的地方）處理，再經(jīng)由運(yùn)動(dòng)相關(guān)的腦區(qū)來(lái)輸出行為，信息傳遞通路也大大縮短了。此時(shí)，動(dòng)物不經(jīng)過(guò)思考就能做出行動(dòng)，有了“下意識(shí)”一樣的反應(yīng)。

這樣一條報(bào)警專線加上快速反應(yīng)系統(tǒng)，幫助動(dòng)物們能夠快速躲避捕食者的偷襲。

小鼠腦中負(fù)責(zé)逼近黑影刺激的視覺(jué)通路

（圖片來(lái)源：Julieta E. Lischinsky和Dayu Lin，2019，Trends in Neurosciences）

優(yōu)于傳統(tǒng)視覺(jué)感知的“警報(bào)專線”

大腦的視覺(jué)系統(tǒng)為我們看到清晰的世界提供了環(huán)路基礎(chǔ)。但是，鮮有人知的是，視覺(jué)系統(tǒng)還具有其他更加保守的功能，例如幫助我們感受晝夜節(jié)律、調(diào)控我們的情緒，以及起始一些本能行為等。

小鼠視網(wǎng)膜中的這條“警報(bào)專線”就是視覺(jué)系統(tǒng)觸發(fā)本能防御行為的例子。這項(xiàng)研究使得我們對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)的功能有了更多的認(rèn)識(shí)。

看到這里，可能有人會(huì)問(wèn)，視覺(jué)系統(tǒng)提供警報(bào)功能所使用的信息編碼策略和傳統(tǒng)視覺(jué)感知中的編碼策略有所區(qū)別嗎？

一般來(lái)說(shuō)，組合編碼是傳統(tǒng)視覺(jué)感知的編碼方式，可以為我們的大腦提供清晰而完整的圖像。不過(guò)這種方式存在反應(yīng)時(shí)間慢、處理信息冗余等缺點(diǎn)。而視覺(jué)系統(tǒng)中是否具有另外一種快速編碼的方式，至今未知。這條“警報(bào)專線”可能就是運(yùn)用了一種快速的編碼方式，可以將特定關(guān)鍵信息快速轉(zhuǎn)遞給大腦并觸發(fā)行為。

視覺(jué)通路的成像和其他功能

（圖片來(lái)源：Silvia E. Braslavsky，2020）

結(jié)語(yǔ)

生物界的這種快速反應(yīng)機(jī)制也給人類社會(huì)帶來(lái)了啟示。對(duì)于危險(xiǎn)的特定刺激，我們不僅需要廣泛的信息輸入，更需要一條特殊專線進(jìn)行快速?zèng)Q斷。這就好比軍隊(duì)首領(lǐng)不能通過(guò)每天的新聞獲取敵情，軍隊(duì)必須在最前線設(shè)置特殊偵察系統(tǒng)。

這主要是由于海量的信息可能會(huì)將我們淹沒(méi)在各種冗余信息中，從而忽略了重要的內(nèi)容，保留報(bào)警電話才能專門檢測(cè)危險(xiǎn)刺激，在不混淆其它無(wú)用信息的前提下，將有關(guān)信息直接傳輸給相關(guān)部門。

通過(guò)小鼠腦中的這條“警報(bào)專線”的研究，我們也可以嘗試解答生活中遇到的一系列問(wèn)題。比如，在現(xiàn)實(shí)生活中，無(wú)人駕駛汽車到底需不需要激光雷達(dá)？是不是在車上多裝幾個(gè)攝像頭就可以了呢？

無(wú)人駕駛汽車的自動(dòng)檢測(cè)功能

（圖片來(lái)源：Bernard Marr）

通過(guò)研究我們可以得到答案——在未來(lái)的汽車上，不僅需要采集各種信息的攝像頭，還必須保留一個(gè)專門用于報(bào)告危險(xiǎn)信息的激光雷達(dá)通道，如此才能最大程度地保證駕駛?cè)藛T和汽車的安全。

編輯：應(yīng)奕可