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多亏了这条“警报专线”，鼠鼠才能“三十六计，跑为上策”

来源：科普中国

出品：科普中国

作者: 王飞（神经科学博士）


【资料图】

监制：中国科普博览

随着各大短视频平台鼠鼠系列视频“走红”，我们发现并不是所有老鼠都“人人喊打”。鼠类能帮助人类科学迈上新台阶，诸如金丝熊、荷兰猪这些品种的鼠类甚至能够成为人类的“座上宾”，摇身一变成为爱不释手的宠物，等待“铲屎官”们的投喂。

而在一贯的印象中，一些鼠类由于其破坏力强、偷吃粮食等特征，经常会遭到人类的侧目和驱赶。然而，人们发现，老鼠躲避、逃窜的动作非常迅速，堪称“逃跑专家”。遇到天敌时，它们还会采取一动不动的“装死策略”，也就是以僵直防御行为来“保命”，可谓是“演技”高超。

大多数时候，人类无法直接抓住这位“逃跑专家”，而是需要借助一些捕鼠工具。那么，为何老鼠的反应如此迅速呢？他们如此灵活敏捷地逃跑行为背后，究竟有何奥秘？

老鼠见了猫快速地逃跑

（图片来源：AmazinglyTimedPhotos.com）

小鼠——天生的“逃跑专家”

大家都知道的一个事实是小鼠遇到危险反应极其迅速。不管是猫抓小鼠，还是人类追打小鼠，我们往往只能看见它一溜烟的跑了，甚至都不知道它是什么颜色的。而且它们逃跑时非常敏捷，可以瞬时改变方向、攀爬跳跃、上蹿下跳，这使得比小鼠比一些大型动物在运动灵活性上具有了天然的优势。

更为重要的是，小鼠特别机敏，在它的大脑里有一些特殊的结构，这使得小鼠能够在逃跑前，提前预测的危险的存在。小鼠之所以被称为“逃跑天才”，正是因为它们能够很快检测到危险的来临，并且能够通过一条快速通路，启动逃跑、僵直等防御行为。

有研究称，小鼠只需要用0.05秒就能检测到危险信息，而且这些信息可以快速的传递到大脑中并做出行为。

一只狐狸出其不意地向一只土拨鼠发动攻击

（图片来源：鲍永清，2019年度野生动物摄影师大赛获奖作品）

“警报专线”——检测捕食者，发射危险信号

小鼠的视网膜中有一条专门的“警报专线”，可以让小鼠很快的检测到危险信息。这个“警报专线”就是视网膜中的阿尔法神经节细胞。它能检测到逐步逼近的捕食者，并向大脑发射电信号——危险来了！

那么，研究员们是如何找到这类特殊神经元的呢？科学发现的第一步就是猜测。

研究人员通过对小鼠视网膜内不同神经节细胞分析比较后发现，阿尔法神经节细胞具有其他细胞无可比拟的信号转导能力。它能够将视觉信号第一时间发送到大脑内。正是因为如此，这个细胞自然成为这条警报专线的首选。

视网膜中不同种类的神经节细胞

（图片来源：Volgi et al., 2009）

虽然研究员们早已猜到了这类细胞，但是这类细胞零散地分布在视网膜中，每次研究员们只能随机抓取一个细胞，能不能碰见下一个，完全靠运气。

得益于深入的基因研究，研究员们找到了在阿尔法细胞中特异表达的一个基因。此后，研究员们培育了转基因小鼠，通过这种方法，他们可以将该细胞点亮，让它在众多的细胞中脱颖而出。而且可以通过特殊的方法来控制这群细胞，进而证明这类细胞的功能是什么。

记录荧光标记的阿尔法视网膜神经节细胞

（图片来源：Fei Wang et al. 2021, Current Biology）

那么，研究者是如何证明阿尔法细胞就是向脑中报告危险信息的细胞的呢？

首先，他们控制这些细胞让其沉默，同时令小鼠眼睛中的其他细胞保持正常的工作，此时的小鼠在看到逼近的捕食者时竟然不害怕了，甚至仍然会闲庭漫步的游荡。

在这之后，研究者激活这类细胞，使得这群细胞向脑中发出假的警报信号。这时，虽然并没有逼近的捕食者，但小鼠竟然开始逃跑，并且似乎感到非常恐惧。

通过控制小鼠视网膜中的阿尔法细胞来控制小鼠的恐惧行为

（图片来源：Fei Wang et al. 2021, Current Biology）

既然已经证实了阿尔法细胞证实向脑中报告危险信息的细胞，那么问题来了，阿尔法细胞又是如何看到危险刺激的呢？

“警报专线”察觉危险的“幕后功臣”——特殊的结构优势

其实不管是迎面扑来的猫，还是从天上飞下来的猫头鹰，小鼠看到的只是一个向它逼近的黑影。研究员们发现，只需要给小鼠看这么一个由小变大的黑色的圆，小鼠就会触发逃跑和僵直反应。

而阿尔法细胞正好可以看到这种逼近的黑影的刺激。当记录阿尔法细胞，并提供逼近黑影的刺激供其观看时，研究员们发现，阿尔法细胞会对逼近黑影产生反应，而且反应强度可以对逼近视觉刺激的大小进行调整，也就是说，小鼠能够通过阿尔法细胞对捕食者的距离进行判断。

阿尔法细胞的树突（接收信号的结构）就像一个个面向太空的雷达，长长的天线组成一个宽大的网。整个视网膜中有上千个这种细胞，它们互相重叠，不漏过视野里的每个点。这类细胞还有一根粗大的轴突（传出信号的结构），轴突能够像电缆一样传输信号。这个“电缆”的特殊之处是有绝缘外套包裹，相较于其他细胞，它能够更快地将信号传导至脑中。

小鼠视网膜中的阿尔法细胞

（图片来源：中科院神经所张翼凤实验室）

当阿尔法细胞看到逼近黑影的刺激后，它会向大脑输出电信号。这个电信号可以不经过小鼠的大脑皮层，直接进入负责防御行为的脑区。这是一条由视网膜到皮层下通路的高速路，直接将危险转化为行动。

这条高速路从视网膜开始，将危险信号传输到脑中一个叫“上丘”的地方，然后“兵分两路”，一路到指挥运动的脑区，启动防御行为；另外一路则抵达负责恐惧的脑区---杏仁核（长得像杏仁），从而使小鼠产生恐惧情绪。

如此一来，危险信息就不用先通过大脑皮层（产生思维意识的地方）处理，再经由运动相关的脑区来输出行为，信息传递通路也大大缩短了。此时，动物不经过思考就能做出行动，有了“下意识”一样的反应。

这样一条报警专线加上快速反应系统，帮助动物们能够快速躲避捕食者的偷袭。

小鼠脑中负责逼近黑影刺激的视觉通路

（图片来源：Julieta E. Lischinsky和Dayu Lin，2019，Trends in Neurosciences）

优于传统视觉感知的“警报专线”

大脑的视觉系统为我们看到清晰的世界提供了环路基础。但是，鲜有人知的是，视觉系统还具有其他更加保守的功能，例如帮助我们感受昼夜节律、调控我们的情绪，以及起始一些本能行为等。

小鼠视网膜中的这条“警报专线”就是视觉系统触发本能防御行为的例子。这项研究使得我们对视觉系统的功能有了更多的认识。

看到这里，可能有人会问，视觉系统提供警报功能所使用的信息编码策略和传统视觉感知中的编码策略有所区别吗？

一般来说，组合编码是传统视觉感知的编码方式，可以为我们的大脑提供清晰而完整的图像。不过这种方式存在反应时间慢、处理信息冗余等缺点。而视觉系统中是否具有另外一种快速编码的方式，至今未知。这条“警报专线”可能就是运用了一种快速的编码方式，可以将特定关键信息快速转递给大脑并触发行为。

视觉通路的成像和其他功能

（图片来源：Silvia E. Braslavsky，2020）

结语

生物界的这种快速反应机制也给人类社会带来了启示。对于危险的特定刺激，我们不仅需要广泛的信息输入，更需要一条特殊专线进行快速决断。这就好比军队首领不能通过每天的新闻获取敌情，军队必须在最前线设置特殊侦察系统。

这主要是由于海量的信息可能会将我们淹没在各种冗余信息中，从而忽略了重要的内容，保留报警电话才能专门检测危险刺激，在不混淆其它无用信息的前提下，将有关信息直接传输给相关部门。

通过小鼠脑中的这条“警报专线”的研究，我们也可以尝试解答生活中遇到的一系列问题。比如，在现实生活中，无人驾驶汽车到底需不需要激光雷达？是不是在车上多装几个摄像头就可以了呢？

无人驾驶汽车的自动检测功能

（图片来源：Bernard Marr）

通过研究我们可以得到答案——在未来的汽车上，不仅需要采集各种信息的摄像头，还必须保留一个专门用于报告危险信息的激光雷达通道，如此才能最大程度地保证驾驶人员和汽车的安全。

编辑：应奕可

关键词： 视觉系统 防御行为 神经节细胞

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