合作行為在自然界中非常普遍,它對動物的生存和人類社會的發展至關重要。一些科學家認為,在推動進化中,合作是與突變、自然選擇同等重要的支柱。研究合作的演化及其背后的生物學機制,對于理解現代社會的形成具有重要的意義。然而,人們對于合作行為是如何發生的并不是很清楚。
日前,中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心王佐仁研究組,建立了一個定量評估合作行為的實驗范式,發現進化上越靠近人類,則合作能力越強,并且找到了與合作相關的神經表征。相關研究論文于2021年11月16號在線發表于《細胞報告》。
哺乳動物的合作是多個動物個體一起行動來實現共同利益的行為,而且這個過程需要高級認知的參與。之前的研究主要是基于神經經濟學理論,以靈長類為實驗對象,但是對非靈長類哺乳動物的合作行為的定量研究,并且通過細胞層面來研究神經機制的工作極少。
王佐仁研究團隊首先建立了一個能夠自動檢測和評估合作行為的范式,并且這個范式具有普適性。在這個范式中,兩只動物需要在設定的時間窗口(3秒,2秒,1秒或0.5秒)內,用鼻子去觸發機關,才能獲得獎勵。結果發現,經過一段時間的訓練,不管是兩只大鼠的合作,還是三只大鼠的合作,都能成功。研究人員發現,在這個過程中,動物之間的社會交流非常重要,尤其是在合作建立初期。
在建立了這樣的范式之后,該研究團隊關心的第一個問題是合作能力與演化的關系。他們充分利用已有的模式動物資源,包括小鼠、大鼠和樹鼩,比較它們在合作任務中的表現。結果發現,在最難的測試條件下(時間窗口為0.5秒),樹鼩的合作成功率最高,但是用鼻子去觸發機關的次數卻比大鼠要少,這顯示樹鼩采取了更有效率的方法來實現合作。在三種模式動物中,小鼠的表現最差,在三個階段的合作成功率都是最低的。這些結果提示,這三個物種的合作能力與他們在進化樹上的層級相一致。隨著進化上越來越靠近人類,合作能力越來越強。這為哺乳動物合作能力與進化的關系提供了新的證據。
更重要的是,研究人員發現,與合作相關的信號和與獎勵相關的信號,在大腦中的神經表征不同。在社會環境中,區分不同角色的能力,可能是共情等社會行為產生的基礎,對于建立有效的合作以及發展群體智能很有必要。
一些精神障礙類患者缺乏與他人合作的能力,定量檢測合作行為范式以及一些相關的神經表征,也許能夠幫助這些疾病的診斷和治療。
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