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巴甫洛夫蟑螂像狗(和人类)一样学习

训练昆虫可能有助于我们了解自己的大脑。

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蟑螂天生对薄荷和香草不太感兴趣,但稍加训练,这些虫子就会对它们垂涎三尺。就像伊万·巴甫洛夫(Ivan Pavlov)的狗学会了将铃声与晚餐联系起来一样,这些蟑螂也学会了闻到薄荷和香草味意味着有糖果吃。在最初的狗实验一个多世纪后,研究人员已经证明,昆虫可以被训练出一种典型的狗式反应,即对食物的期待:流口水。

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为了训练这些蟑螂,东北大学的Makoto Mizunami和Hidehiro Watanabe首先用蜡将它们背部固定住,然后反复引入薄荷和香草的气味,然后再给它们吃蟑螂喜欢的糖。为了测试这些害虫是否形成了这种联想,研究人员将它们固定在蜡中,并测量当薄荷和香草气味到达它们的触角(用于嗅探)时,它们的唾液分泌量。蟑螂的唾液分泌量通常增加了30-50%,即使它们的大脑很小,它们也能记住这种联想至少一天。

早在流口水的蟑螂之前,昆虫就被训练对刺激做出反应。 蜜蜂被训练在闻到某些气味时伸出管状口器(称为喙),而果蝇会逃离它们知道会带来讨厌电击的气味。 Mizunami和Watanabe此前曾发现,一旦蟑螂将薄荷与糖联系起来,薄荷就会吸引它们。

但Mizunami表示,这是昆虫第一次通过其自主神经系统(控制消化和唾液分泌等自动行为)而不是躯体神经系统(控制进食和逃跑等动作)对训练做出反应。昆虫相对简单的神经系统经常被研究作为了解哺乳动物更复杂系统的一种方式,对蟑螂的研究可以帮助科学家更多地了解人类的非自主性或自主神经系统。

“学习和记忆是如何发生的,是科学上的一个重大问题,”美国国立卫生研究院研究员马克·斯托弗(Mark Stopfer)说,他利用简单的动物来研究大脑如何表示感官刺激。“你能运用到这个重大问题上的技术越多越好。”

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