终身成长 思维 行为学习的探索:狗的大脑功能磁振造影

行为学习的探索:狗的大脑功能磁振造影

研究人员希望藉由直接扫描狗的大脑,可以提供客观的证据,以厘清饲主最关切的「狗能否听懂饲主的指令,甚至懂得主人的心」问题。

经过25年的发展(1992-2017),功能性磁振造影(functional magnetic resonance imaging,fMRI)已是一门相当成熟的学科,不但在方法上整合了图像处理、数理统计与心理学的实验设计,在议题的拓展与研究结论上也影响了心理学与社会科学。并且,藉由不同物种的大脑扫描,更提供了一些与人脑比较的参考,让我们对人类的独特性、大脑的功能与演化,甚至生命意义等议题都产生了不少的新刺激。

fMRI能够扫描很多的物种,惟近年来有愈来愈多的研究把对象摆放到人类最好的朋友—狗狗身上。有人会问:为什么要扫描狗狗的fMRI呢?答案是:首先,狗狗的fMRI研究能让我们对不同物种间大脑反应功能的特殊性与普遍性,提供更进一步的观察。其次,狗狗生活在你我周边,养毛小孩的人甚多,对于狗大脑认知的需求愈来愈有市场。最后也是最重要的,研究人员希望藉由直接扫描狗的大脑,可以提供客观的证据,以厘清饲主最关切的「狗能否听懂饲主的指令,甚至懂得主人的心」问题。

对于上述最后一个问题,就拿去年8月在《Science》发表的文章〈Neural mechanisms for lexical processing in dogs〉来举例吧!文中,作者设计了一个简明的2×2实验:某熟悉女士(可能是女放射师)分别以tone(中性vs.高兴夸张的语调)与单字内容(狗能了解的赞美,像是good boy∕girl!vs.无意义字串,像是leitee)的说话声给12只狗听。

看似容易,但实验的进行却非常繁复,为求结果的正确,饲主、狗与MRI环境的密切配合和大量练习是绝对必要的。因为狗狗得乖乖地躺在MRI里近40分钟不动,包括伸舌头、喘气等都不准,任何微小的行动都会影响大脑图像的稳定度。其次还得让狗狗自己走上mockscanner(为了方便实验进行,一种有同样规格比例,但却是木造的MRI,方便实验参与者的训练及熟悉环境。)躺好,保持觉醒而且不动,然后才让它们倾听声音或观看视觉的刺激(可能还需要戴上耳机,惟不确定有没有狗狗专用的MRI耳机哩?)。以上的程序可是需要十几周以上的制约训练才可得呢。

对于上述实验的结果,在许多科普网站上都可看到各种的阐释与讨论。其中较有趣的如:「狗狗听到熟悉的语句时,它的左半脑语言区会有较强的反应,若是情绪性的无意义语词,其反应则发生在右脑前叶,但当信息是可了解且是正向的情绪时,类似人类布洛卡区的狗狗左脑前叶处会有较强的反应。」若这个结论是真,是否表示狗狗真的了解饲主说的话?另一方人马却不以为然,他们认为在情绪+内容的双重刺激下,狗狗左脑前叶区的较高反应可能只是反应了它的熟悉感而已。

与人类的fMRI早期研究一般,在尚未发展出狗脑的标准化模板前,只能就狗狗自己大脑,各提取功能的相关脑区(如后脑勺部分的视觉区与双耳部分的听觉区,对人类或狗脸有反应的颞叶区,以及对酬赏有反应的尾状核等)比较在不同操弄情况下的血氧浓度。等到累积足够的研究数据后,自然可以发展出较正确的狗种模板,也许不同的狗种间或不同年纪的狗间会有不同的模板,如人类的fMRI问世约20年后,才出现新生儿与婴幼儿的大脑模板。

此外,随着MRI机器磁场愈来愈大(从3 Tesla到7 Tesla),增加的空间分辨率(目前已可进到次毫米的层次)应该也有助于解决狗脑较小的困扰。

等到标准化的问题解决后,更复杂的数据分析方式,像是功能性与效果性脑区连接的探讨,与多重像素型态分析等,都可以更清楚地了解狗的眼睛到底看到了什么信息!可以预见的是,随着研究成果愈多,对狗的了解也会有更多的有趣发现。

除了受试者的训练挑战与对机器及环境的调节外,现在已出版的caninefMRI文章已稳定增加中,研究议题除了狗看主人的脸或狗脸时的反应外,也有狗在听到饲主或陌生人的语言或指令时的响应,甚至可以看到市场需求,国外已有一家公司与研究单位合作,征求想更了解他们毛小孩的客户。

另外,目前在选择导盲犬或缉毒犬时,仍只能靠经验或育种法则。如果可以利用狗狗的fMRI数据协助辨认其对陌生人趋近时的大脑反应,以评价其胜任这任务的能力,应该可以省下不少培训经费。现今狗只培训中心的成本居高不下,其功能也愈来愈受重视,而且大家都很愿意为自家毛小孩花大钱,可以想像如此的市场成长空间会是颇大的。

狗狗的fMRI研究是一个有趣且值得观察的趋势,因为千万年来人与狗在这个星球上一直都是彼此依赖,共同演化,fMRI的研究可以让我们知道这个最亲近的朋友物种的演化情形。

资料来源:科技大观园

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作者: 浪人

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