快訊 2023/08/16 地球一瞬

動物玩耍時大腦如何運作?科學家提出新研究方法:給老鼠撓癢癢

地球一瞬,世界各地正發生這些大小事。

註:本文為單一事件快訊報導,非深度文章

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「玩遊戲」不只是人類專屬,更是動物界常見的現象,例如狗狗會和同伴打鬧玩耍、小象會在水池中嬉戲,虎鯨則會刻意用肚子拍打水花。其他動物包括鳥類蜜蜂蜥蜴海龜等,科學家都曾在牠們身上觀察到遊戲時刻。

不過,生物與生俱來的玩耍能力,對科學家而言卻是個難解的謎。柏林洪堡大學的神經科學家布雷赫特(Michael Brecht)指出,在動物的各種行為中,「遊戲」是最不被理解的舉動之一。為了進一步揭開遊戲行為的神祕面紗,7月28日發佈於科學期刊《神經元》(Neuron)上的一則研究中,布雷赫特與其他科學家想出了一個好方法——搔癢老鼠

▲許多動物身上都能觀察到玩耍行為,例如小虎鯨會刻意跳出水面,並用肚子拍打水花。

動物為何「愛玩」?目前還是個謎

布雷赫特猜測,動物玩遊戲很可能是為了要訓練大腦。他說明,不同物種中存在各式各樣的遊戲類型,有粗暴的搏鬥、也有規則複雜的競賽;而遊戲的特別之處在於,玩遊戲不像執行其他任務會得到獎勵,例如獎品、薪水,而是單純為了「好玩」。

此外,遊戲進行時,通常會伴隨著各種聲音。布雷赫特提到,這些聲響十分重要,可以讓玩家們互相連結,確保每個人都享受其中,並成為大腦調節行為的訊號,「例如,孩子們玩耍、打鬧時會發出笑聲,如果他們發現玩伴沒有笑,就會停止動作。」

不過,由於遊戲通常是動物自發性的,很難在研究中完全模擬、重現。因此對於科學家而言,研究動物的遊戲行為並非易事。

越怕癢、越貪玩?搔癢老鼠可模擬玩耍行為

所幸科學家發現,可以藉由搔癢老鼠來模擬玩耍時的腦部活動。研究指出,老鼠在玩遊戲時,會發出人類耳朵聽不見的高頻尖叫,當老鼠被搔癢時也會發出相同的聲音,同時不停愉悅地扭動;一旦搔癢停止,老鼠則會玩鬧般地追逐研究人員的手,就像是在要求繼續搔癢。

此外,老鼠怕癢和貪玩的程度,似乎也存在關聯。布雷赫特說明,過往的研究發現通常越怕癢的老鼠,就越喜歡玩耍,「在老鼠身上,搔癢和玩耍間存在非常明顯的關係。」

他也提到,並非所有動物都喜歡被搔癢,老鼠正好非常喜歡這種行為;且當老鼠的背部或肚子被搔癢時,還會產生與玩耍時類似的反應。因此對研究人員而言,老鼠是非常寶貴的動物遊戲模型,能夠輕鬆地測量並嚴格調控實驗條件。他們藉由觀察老鼠被搔癢時的腦部神經變化、活躍區域,以理解生物大腦的運作方式。

玩耍與大腦之間的關聯

透過監測老鼠腦部的活動狀況,研究人員發現,在擾癢、追逐研究人員的手時,老鼠大腦的「中腦導水管周圍灰質」(Periaqueductal gray,簡稱PAG)特別活躍。

PAG是大腦中負責控制呼吸、調節疼痛的部位,也與動物的戰鬥、逃跑、防衛行為密切相關,且控制了發聲功能。而且,一旦研究人員設法抑制PAG活動,老鼠在搔癢時的尖叫聲會大幅降低,與人類或同伴玩耍的行為也會減少,顯示PAG對於遊戲行為的重要性。

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不過研究人員也說明,目前對於PAG與遊戲間關聯的理解,還處於起步階段,「儘管透過數據能確定PAG對遊戲的作用,但是遊戲行為在神經迴路中如何運作,仍然不清楚。」

儘管如此,此次在老鼠身上的發現,仍給予科學家良好的立足點,研究動物究竟為什麼「愛玩」。研究人員也希望,未來實驗能從雄性老鼠擴及雌性老鼠,以及各種不同動物,理解遊戲對於動物社會功能的作用。

布雷赫特也表示,現在許多孩子都沒有太多自由遊玩的時間,希望透過這項研究,能讓人們更重視遊戲,「我們需要知道,這可能會對大腦發展造成什麼影響。」

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