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奖品在哪里？由于他们的推理能力，老鼠和人类一样容易找到它。
有些人讨厌“两句之间的阅读”。他们似乎比其他任何人都早知道谁是电影的杀手或抽象诗的含义。这些人所具有的强大推理能力-使用间接证据来揭示隐藏的信息。
但是，推理并不是少数幸运者所具备的技能。相反，我们所有人都定期使用推理，我们只是没有意识到，因为它对我们来说很自然。自早期以来，当我们使用它来指出何时何地寻找食物时，它对于我们作为一个物种的生存至关重要。例如，我们使用了间接证据，例如植被中微弱的沙沙声或叶子被吃了一半，来推断兔子一定在附近。
尽管推理在我们的生活中起着如此重要的作用，但神经科学家长期以来一直在努力理解推理在大脑中实际上是如何产生的。一种方法是设计利用啮齿动物这种认知技能的实验，这些啮齿动物比我们更像我们，而不是大多数人意识到的。
然而，事实证明，设计实验任务以探究啮齿动物的推理是一项挑战。虽然有些任务太难了，但其他任务却产生了模棱两可的结果，因为它们也可以用不太复杂的策略来解决。
现在，葡萄牙里斯本尚帕里莫德未知中心的科学家们找到了一条出路。在今天（2月11日）发表在科学期刊《 Neuron》上的研究中，研究小组展示了他们优雅的实验设计，对涉及的关键大脑区域的识别以及与人类相匹配的视频游戏版本。
值得鼠标侦探解谜的谜题
在其他人失败的地方，什么新颖的元素使新的实验设计成功？负责这项研究的首席研究员扎卡里·迈因（Zachary Mainen）认为，原因是它与小鼠的天性更加相容。“我们没有施加老鼠必须像'小人类'那样工作的条件，而是依靠其固有的觅食技能，决定创建一种对老鼠来说更自然的任务。寻找食物或水时也需要依靠同样的技能。”
在实验中，小鼠不得不使用推论来发现水奖励的位置。“在任何给定时刻，可以在两个水嘴之一处获得水奖励。如果小鼠成功地将证据拼凑在一起，它们将优化其行为。在喷口之间切换，以最小的延迟获得奖励。” Mainen解释说。
奖励的位置由两个独立变量控制，这两个变量对于小鼠来说都是未知的。该研究的作者彼得罗·韦尔奇蒂（Pietro Vertechi）说：“老鼠必须通过反复试验来推断这些变量是什么，从而逐步解读游戏规则。”
第一个变量是在活动水嘴处接收水的概率。“即使壶嘴很活跃，它也不总是给水。老鼠必须意识到，每次尝试都缺水并不一定意味着壶嘴不活跃。” Vertechi解释说。
第二个变量增加了任务的复杂性：将喷口在活动状态和非活动状态之间切换的概率（实际上意味着切换奖励的位置）的概率设置为某个值，鼠标也必须将其拨出。
这种设计使研究人员能够精确控制实验的难度。例如，相对容易的情况将具有获得水奖和位置切换的高概率。在这种情况下，缺少水奖励可能意味着鼠标处于错误的喷口。
另一方面，如果两个概率都很低，则小鼠很难决定该怎么做。在这种情况下，每次尝试都缺水并不能很好地表明切换已经发生。
嗅探游戏规则
出人意料的是，这些小鼠能够很快看出发生的事情。Vertechi说：“他们在几个环节内就优化了自己的行为，并根据游戏规则调整了壶嘴的尝试次数。结果，他们在艰难的，缺乏信息的情况下比在轻松的情况下忍受了更多的失败。”
老鼠能够完成这项复杂的任务确实给人留下了深刻的印象。但是研究人员如何表明这些结果与推理兼容，而不是与其他解决问题的策略兼容？
根据该研究的作者伊兰·洛特姆（Eran Lottem）的说法，标准啮齿动物被认为会导致完全不同的结果。研究人员普遍认为，老鼠是受直接奖励率驱动的。如果是这样的话，他们只会停留在平均给予他们更多奖励的水龙头上，并且即使在水龙头变得不活动之后，也要继续尝试更长的时间。取而代之的是，无论过去有多大的回报，我们的老鼠只要确定自己的喷口不再活跃就进行切换。这有力地支持了老鼠在做的是推理。
鼠标与人类
为了直接比较跨物种的性能，该团队为人类开发了该任务的一个版本。该研究的另一作者达里奥·萨拉（Dario Sarra）说：“这也是一种“觅食”任务，但这次，受试者没有寻找水，而是在寻找猎物。
在人类版本中，受试者玩电子游戏，其中隐藏的信息是躲在城堡后面的怪物的位置。目的是通过扔石头来击中怪物。就像老鼠一样，受试者必须指出两组变量：在正确位置时能够撞到怪物的概率，以及位置切换的概率。
他们的结果表明，小鼠和人类以非常相似的方式解决了这一任务。“不仅该策略实际上完全相同，而且我们发现这两种物种都对相同的挑战敏感，” Sarra说。“特别是，当奖励和状态切换的概率都很低时，两个物种的推理过程都花费了更长的时间，从而带来了更高的总体不确定性。但是，无论遇到什么困难，人类都可以比老鼠更快地了解发生了什么，并在第一阶段就已经达到了最佳性能。”
根据Mainen的说法，他们的研究结果表明“视频游戏使老鼠从我们这里溜走了。一些视频游戏（例如我们开发的视频游戏）会利用基本行为，在这种情况下是觅食。我们惊讶地发现两个物种的行为如此相似。但是话又说回来，这只是表明这两个物种有多少共同点。”
下一步
该小组打算将人类和老鼠的任务用作研究该认知过程背后的神经机制的工具。“在这项研究中，我们已经开始探索其中的一些问题。特别是，我们观察到称为额额叶皮层的大脑区域在推理过程中起着关键作用。在使额叶皮质失活的试验中，小鼠恢复了一种更简单，更幼稚的策略。这是一个令人振奋的发现，将有助于我们进一步深入研究推理在大脑中的发生方式。” Mainen说。
此外，团队很好奇该任务的视频游戏版本是否可用于表征特定的心理状况。Vertechi解释说：“例如，患有冲动控制障碍或抑郁症的人倾向于采取特定的策略吗？如果我们发现这个问题的答案是肯定的，那么我们可以利用类似的啮齿动物任务来评估这些特定特征背后的神经机制。”他总结道。
参考：“隐藏状态搜寻任务中基于推理的决策：前额皮层区域的差异性贡献”，作者：彼得罗·韦尔奇蒂（Pietro Vertechi），伊兰·洛特姆（Eran Lottem），达里奥·萨拉（Dario Sarra），比阿特丽斯·戈迪尼奥（Beatriz Godinho），艾萨克·特里夫斯（Isaac Treves），蒂亚戈·昆达拉（Tiago Quendera），马蒂斯·尼古拉·尼古拉·乌德·洛伊斯（Matthijs Nicolai Oude Lohuis）和扎卡里·F·缅因（Zachary F.Mainen），2020年2月11日，神经元。DOI：
10.1016 / j.neuron.2020.01.017
