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加州大学尔湾分校新闻

老鼠基本上没有大脑。但它仍然可以看到、听到、闻到和感觉到。

有一天,克雷格·费里斯实验室的一位科学家在扫描非常老的老鼠的大脑时,发现其中一只老鼠的视觉、听觉、嗅觉和感觉都和其他老鼠一样,但它基本没有大脑,而且很可能从出生就没有大脑。

这只名叫R222的老鼠确实有大脑。但是它的大脑,受到一种叫做脑积水的疾病的影响,当它充满了液体的时候,它的大脑已经被压缩和收缩了,而且许多通常在大脑中执行的功能已经重新定位到没有被液体占据的区域。

心理学教授克雷格·费里斯(Craig Ferris)是转化神经成像中心(Center for Translational Neuroimaging)的主任,该中心致力于研究影响中枢神经系统的疾病和问题。照片由Ruby Wallau/东北大学拍摄

这为东北大学(Northeastern university)的心理学教授费里斯(Ferris)提供了工具,让他得以研究即使在空间有限的情况下,大脑依然有多大的能力。他说,这甚至可能会影响到机器学习一直存在的目标:你能做到多小,同时还能完成工作?

事实证明,至少在R222的案例中,空间的利用是相当小的,但这种空间的有效利用取决于大脑的重组能力。这种能力,被称为神经可塑性,是一种广泛记录的现象,但这样一个极端的例子是罕见的,Ferris说。

他说,在R222的案例中,视觉输入的处理过程“分布在剩下的大部分大脑中,嗅觉和触觉也是如此。“一开始,扫描结果显示这是一只没有大脑的老鼠,但实际上这只老鼠的大脑被推开了,像煎饼一样压扁了,而且还在工作。”

Ferris的实验室,转化神经成像中心,最初接受了来自Alexion制药公司的R222作为一组实验动物的一部分来进行衰老研究,Ferris的团队开始了这项研究,就像其他类似的项目一样:对动物进行初步扫描。与此同时,费里斯的同事在电脑上标记了一些东西。“当我看着屏幕时,”费里斯说,“我看到的基本上是一只没有大脑的老鼠。”

心理学教授克雷格·费里斯指着正常老鼠的大脑扫描图。与此相反,R222大脑的重要部分塌陷并重新定位,隐藏了主要的腺体和区域,即使是最训练有素的眼睛也看不到。照片由Ruby Wallau/东北大学拍摄

用Ferris的话来说,R222是“大自然6037的奇迹之一”,因为活两年(就像人类活了70多年)不太可能有如此严重的残疾。考虑到这一点,他说,“我们有这个独特的机会来尝试了解这种动物是如何生存下来的,”一个更令人印象深刻的壮举是,R222基本上和其他任何一只老鼠一样:成功地适应了这种极端异常,表明这种动物从出生起就有这种基因。

然而,首先,研究小组必须测量R222与同期群中其他老鼠的相似程度。为了评估记忆,研究人员把每只动物放在一个有机玻璃盒子里,观察它们对一个新空间和里面的物体的反应。然后,他们观察了在迷宫中行走的老鼠,进一步展示了它们的记忆和空间学习技能,并测量了动物在平衡木上行走时的身体行为。

在这些任务中,除了一个,R222的表现和其他老鼠一样。

翻译神经成像中心的研究人员研究了大脑在疾病中的作用。这包括老化,一旦团队收到R222,这个领域就变得更加重要。照片由Ruby Wallau/东北大学拍摄

唯一的例外是探索一个新的环境——其他老鼠四处走动,对周围的环境表现出兴趣,而R222则原地不动。然而,就其本身而言,后一种行为并不意味着什么衰弱,费里斯说;这种探索的失败在焦虑的动物中很常见。因此,除了它经历了高度焦虑的可能性之外,R222的功能正常——重要的是,在视觉上看起来也很正常。

然而,像处理记忆的海马体这样看似至关重要的大脑区域却被严重扭曲,以至于费里斯和他的团队甚至无法一眼识别出它们。只有在他们追踪了大脑中的化学物质之后,他们才能够证实,海马体确实是那个被压扁的、移位的物体,它被推向了大脑的后部。

“在脑干的下部,所有的东西都塌了下来,”费里斯说。“这种动物只是默认了进化一开始给它的东西,以及所有其他动物,来帮助它生存。”

对老鼠来说,这就足够了;正如费里斯所言:“他们一生中的大部分时间都在用鼻子工作。“但是人类也可以用更少的脑力生存吗?”

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这是可能的,费里斯说。事实上,在Ferris和他的合著者在他们的研究中提到的一个案例中,一位神经病学家发现智商为126的人与一个流动的大脑并不是相互排斥的。

费里斯说:“我总是对我们大脑的高度组织性和复杂性感到骄傲。”“我们确实把太多的注意力放在了皮质上,而在这些情况下,你几乎可以消除皮质——大部分——而这并没有多大区别。”

媒体咨询,请联系Jessica Hair @northeastern.edu或617-373-5718。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.northeastern.edu/2020/01/22/this-rat-that-had-no-brain-it-somehow-lived-a-normal-life/