通过测量大脑信号,德国图宾根大学的一个研究小组首次成功获得了关于 “鸟脑” 意识的神经科学证据,研究人员通过同时记录行为和大脑活动,证明了乌鸦具备有意识的感知能力,这项研究 9 月 25 日发表在《科学》杂志封面上。

到目前为止,这种意识只出现在人类和与人类大脑相仿的灵长类动物身上,但鸟类大脑与灵长类的大脑结构完全不同。“我们的研究结果为观察意识的进化,以及打破神经生物学局限性开辟了一条新途径。”该研究的第一作者、图宾根大学生物学院动物生理学系教授安德烈亚斯 · 尼德(Andreas Nieder)说道。

为什么乌鸦和7岁的人类一样聪明(科学家首次揭示乌鸦大脑也有主观意识)(1)

图|这项研究登上了《科学》封面(来源:Science)

在人类和灵长类哺乳动物中,意识感知的能力通常位于大脑前额叶皮层,前额叶皮质涉及与计划相关的高层次认知活动、性格表现、作出决策的过程,以及调节社会活动、语言功能等行为,能根据内在目标组织思考与行为,那缺乏大脑皮层的动物是否也具有这种知觉意识呢,比如鸟类?

相关研究表明,鸟类大约在 3.2 亿年前与哺乳动物谱系的进化分道扬镳,它们的大脑进化成了缺乏分层的大脑皮层。为了追踪鸟类的意识过程,图宾根大学的科学家专门训练了两只乌鸦:它们能通过移动头部来发出信号,以确定是否看到了屏幕上的刺激。

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图|乌鸦执行刺激检测任务(来源:Science)

在这样的测试中,屏幕要么显示了清晰的光点,要么根本没有显示任何刺激,乌鸦能可靠地报告这些刺激的存在与否。

但是,某些弱刺激会比较特殊,以至于对鸟脑的感知判断提出考验:有时乌鸦表明它们已经看到了弱刺激,而在其他情况下则没有刺激,这时乌鸦的主观感知开始发挥作用。

试验分为超阈值(两个最高刺激强度),近阈值(在感知阈值处两个最低刺激强度)和无刺激类别,根据信号检测理论,乌鸦的反应分为 “命中”(对刺激的正确“是” 反应)、“正确排斥”(对刺激缺失的正确 “否” 反应)、“错过”(对刺激存在的错误 “否” 反应)和 “假警报”(对缺少刺激的错误“是” 响应)。

当乌鸦对光刺激做出反应时,研究人员同时监测了其大脑中神经细胞的活动,记录了 480 个神经元的单细胞活性。在鸟类中,被称为尾状侧巢状核(nidopallium caudolidele,NCL)的脑区与鸟类的高级认知有关,如果乌鸦报告看到了东西,则在刺激表现和行为反应之间的时间内,NCL 神经细胞处于活跃状态。如果它他们没有感觉到刺激,神经细胞将保持沉默。根据神经细胞的活动,可以预测乌鸦对刺激有哪些主观经验。

惊奇的发现是,神经元群体监测结果表明,NCL 神经元从最初主要代表刺激强度转变为主要编码乌鸦的主观经验,NCL 中意识的活动过程与灵长类大脑皮层的反应非常相似,研究人员认为,这种发现构成了鸟类感觉意识的经验标记。

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图|神经科学数据表明,乌鸦有意识地感知到视觉输入的能力,而这种能力以前仅在人类和其他灵长类动物中得到证实(来源:Tobias Machts)

尼德解释说:“代表没有主观成分的视觉印象的神经细胞,应该对持续的视觉刺激做出同样的反应,然而,我们的结果得出结论,乌鸦大脑中处于较高处理水平的神经细胞受到主观经验的影响,或者,更准确地说,创造了主观经验。”

因此,从历史上看,意识的起源在动物界可能比以前假设的要古老得多,且分布更广。尼德说:“人类和乌鸦最后的共同祖先生活在 3.2 亿年前。意识感知能力可能在那个时候就已经出现了,并且可能从那时起就有了进一步的遗传;另一种情况是,这些不同物种的感知意识是完全独立于彼此发展的,有意识经验的能力可以在不同结构的大脑中实现,乃至不依赖于复杂的大脑皮层而存在。”

这项研究排除了只有灵长类动物,或其它具有分层大脑皮层的哺乳动物才具有主观意识的说法,结构简单又小巧的“鸟脑”,同样非常聪明,有自己的想法。

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