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小鼠能认出镜子里的自己，提示它们具备自我认知能力 | Neuron

百家作者：人工智能学家 2023-12-07 23:35:44

图片来源：Pixabay

来源：Cell Press

12 月 6 日发表于《神经元》（Neuron）的一项新研究显示，看到镜子里的自己时，小鼠也会表现出类似于自我认知的行为。当研究人员用白色墨水在黑毛小鼠的额头上做标记时，小鼠会花更多的时间在镜子前梳理自己的毛发——可能是为了弄掉墨迹。不过，只有当小鼠已经习惯了镜子，以及墨迹相对较大时，它们才会表现出这种类似自我识别的行为。

研究者在海马体中发现了一个神经元子集，这些神经元参与了这种视觉自我形象的形成和存储。这让人们对自我识别背后的神经机制有了初步的了解，该机制曾是神经行为研究中的黑匣子。

“例如，为了形成对日常生活事件的情景记忆，大脑会形成并存储有关地点、事件、时间和人物的信息，其中最重要的组成部分是自我信息或身份。”美国得克萨斯大学西南医学中心神经科学家、论文通讯作者 Takashi Kitamura 说，“研究人员通常会研究大脑如何编码或识别他人，但自我信息产生机制尚不清楚。”

研究人员用镜子测试研究了小鼠能否察觉到自己外表的变化——额头上有一团墨水。研究人员用白墨水对黑毛小鼠进行了测试。虽然镜子测试最初是为了测试不同物种的意识，但作者指出，他们的实验只表明小鼠可以发现自己外表的变化，但这并不一定意味着它们有“自我意识”。

他们发现，小鼠确实能察觉到自己外表的变化，但仅限于特定条件下。熟悉镜子的小鼠在镜子前被 0.6 平方厘米或 2 平方厘米的白墨水块做标记时，会花更多的时间梳理自己的头部（而不是身体的其他部位）。然而，当墨水是黑色的（和它们的皮毛一样的颜色）或者墨水标记很小（0.2 平方厘米，即使墨水是白色的）时，小鼠并没有增加梳理头部的次数，而在墨水测试前不习惯镜子的小鼠也没有增加梳理头部的次数。

来源：Neuron/Yokose et al.

论文第一作者、得克萨斯大学西南医学中心的 Jun Yokose 说：“为了通过镜子测试，小鼠需要大量的外部感官线索。我们必须在它们的头上涂上很多墨水，然后，来自墨水的刺激以某种方式使动物能够通过镜子反射发现头上的墨水。但黑猩猩和人类不需要任何额外的感官刺激。”

利用基因表达图谱，研究人员发现，当小鼠在镜子中“认出”自己时，腹侧海马体中的一个神经元子集就会被激活。当研究人员选择性地使这些神经元失去功能时，小鼠不再表现出镜子和墨水诱导的梳理行为。此外，这些自我反应神经元的一个子集在小鼠观察到其他同种小鼠（具有相似的物理外观和皮毛颜色）时也会被激活，但当它们观察到另一种具有白色皮毛的小鼠时则不会。

此前对黑猩猩的研究表明，社会经验是镜像自我认知的必要条件，研究人员还对断奶后被社会隔离的小鼠进行了测试。这些被社会隔离的小鼠在墨水测试中没有表现出更多的头部梳理行为，与白毛鼠一起饲养的黑毛鼠也没有。基因表达分析还显示，被社会隔离小鼠在海马体中没有发展出自我反应的神经元活动，由白毛鼠抚养的黑毛鼠也没有，这表明小鼠需要与其他长相相似的小鼠有生活经历，才能发展出自我识别所需的神经回路。

“当我们将小鼠暴露于同一品系的其他个体时，这些自我反应神经元的一个子集也被重新激活。”Kitamura 说，“这与之前的人类研究一致，这些文献表明，一些海马细胞不仅在人们看着自己时，而且在他们看着父母等熟悉的人时也会被激活。”

接下来，研究人员计划尝试分离视觉和触觉刺激作用，以测试小鼠能否在没有触觉刺激的情况下识别出它们镜中的变化——例如通过使用类似社交媒体应用程序上的过滤器技术，这种技术可以让人们给自己画小狗脸或兔子耳朵。他们还计划研究其他可能参与自我认知的大脑区域，并调查不同区域如何沟通和整合信息。

“现在我们有了这个小鼠模型，就可以操纵或监测神经活动，以全面研究神经回路机制背后的自我识别行为是如何在小鼠中诱导的。”Yokose 说。

原文链接：

https://www.eurekalert.org/news-releases/1009712

论文信息

【标题】Visuotactile integration facilitates mirror-induced self-directed behavior through activation of hippocampal neuronal ensembles in mice

【作者】Jun Yokose, William D. Marks, Takashi Kitamura

【期刊】Neuron

【时间】December 05, 2023

【DOI】https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.10.022

【摘要】Remembering the visual features of oneself is critical for self-recognition. However, the neural mechanisms of how the visual self-image is developed remain unknown because of the limited availability of behavioral paradigms in experimental animals. Here, we demonstrate a mirror-induced self-directed behavior (MSB) in mice, resembling visual self-recognition. Mice displayed increased mark-directed grooming to remove ink placed on their heads when an ink-induced visual-tactile stimulus contingency occurred. MSB required mirror habituation and social experience. The chemogenetic inhibition of dorsal or ventral hippocampal CA1 (vCA1) neurons attenuated MSB. Especially, a subset of vCA1 neurons activated during the mirror exposure was significantly reactivated during re-exposure to the mirror and was necessary for MSB. The self-responding vCA1 neurons were also reactivated when mice were exposed to a conspecific of the same strain. These results suggest that visual self-image may be developed through social experience and mirror habituation and stored in a subset of vCA1 neurons.

【链接】https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)00803-6

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