让猪眨眼、打盹，证明了大脑测试的有效性

　　

如果你曾经看过眼科医生，很有可能你感觉到突然向眼睛喷出的空气构成了传统的青光眼检查。这不是谁最喜欢的体验，但这种烟是非侵入性和无害的。

科学家使用类似的方法来测试动物和人类的学习和记忆能力。就像巴甫洛夫的经典实验将中性刺激与生理反应联系起来一样，眨眼测试将光线或声音与快速向眼睛吹气配对。通过重复，动物学会只对光或声音做出反应闭上眼睛或眨眼。这被称为联想学习，这种反应是由大脑中一个叫做小脑的区域控制的。

虽然眨眼试验从1922年就开始了，但直到现在还从未在猪身上尝试过。在行为神经科学前沿的一项新研究中，研究人员证明了眼球测试在3周大的猪身上有效，这是人类婴儿营养神经科学研究的一个模式物种。

“我们的想法是，如果我们能通过营养干预改善大脑的结构发育，就应该用更少的试验来了解这个规律。我们现在正在评估营养成分的过程，但我们必须首先进行测试，”伊利诺伊大学动物科学系的教授Ryan Dilger。

Dilger专门研究营养对发育中的大脑的影响，他的大部分工作直接投入婴儿配方奶粉行业。他使用新生猪是因为，与啮齿动物不同，它们的大脑解剖和结构、肠道生理和营养需求与人类婴儿惊人地相似。

Dilger的团队通常通过磁共振成像（MRI）来研究猪脑对新成分的反应，MRI主要研究猪脑各区域的结构和大小。他们还依赖于有效的行为任务，比如新的物体识别，这些任务反映了海马体和纹状体的活动，这些区域与学习和记忆有关。

但是Dilger想要一种工具来专门评估小脑的认知过程。就在这时，他求助于Henk-Jan Boele和Sebastiaan Koekkoek，他们是荷兰伊拉斯谟医学中心的眨眼专家和神经科学家。
尽管人类和各种动物都经历过眨眼测试，但这种行为模式从未在猪身上得到验证。

“对于人类和小鼠眨眼调节，我们使用完全不同的系统，”Boele说。人类很容易指导，通常非常合作，在实验过程中坐着不动，这使得送烟和测量眼睑很容易。实验过程中，小白鼠大多头部固定，这使得送气和测量眼睑都很容易。相反，猪是一个挑战，因为我们不想固定它们的头。很难可靠地吹气和测量眼睑的反应。

“我们试过摄像机、二极管和各种各样的东西来捕捉眨眼。为了避免延误，我们不得不用一个设备把空气吹到离眼睛很近的地方。我们需要非常锐利的，短的，对动物没有侵入性，但仍然是非常精确的时间。所以这是一个挑战，”他说。

解决方法是在一只眼睛旁边贴上一小段气管，在额头和眼睑上贴上磁性传感器来记录眨眼的情况。该系统测量的眨眼下降到毫秒。

是的，Boele往眼睛里喷了一口烟来测试这个系统。成功了。“哦，是的，我眨了眨眼，”他笑着说。

为了确保这些猪的头部能够自由活动，但不会站起来到处乱跑，研究人员将它们放在一个定制的消音盒中，这个消音盒配有一个猪大小的吊床。

显然小猪们很舒服。

伊利诺伊州神经科学项目的博士生、这项研究的合著者Sangyun Joung说：“每头猪都经过五天的训练，使它们习惯于吊床和测试环境。到了第三天，它们非常放松，以至于有些猪真的睡着了。在分析过程中，这对我们来说是一个小小的挑战，因为这肯定会影响它们的反应。但它也告诉我们，整个行为模式对它们来说并没有压力。对我们来说，这既有趣又令人沮丧。”

一旦猪习惯了这种设置，真正的工作就开始了。这些猪连续做了八次试验。第一种是仅用吹气来测量眼球反射。接下来的六个测试将一个蓝色的LED灯与空气喷射配对。灯亮了半秒钟，500毫秒，就在最后，灯还亮着的时候，呼出的空气就出来了。最后一部分，在灯亮着，空气喷着的情况下，持续了50毫秒。最后的测试是光-没有吹。

研究人员在连续的五天中，每一组八个测试重复五次。测试之间的时间有点不同，以猪能凭记忆猜测。

“不只是断断续续，每秒一次，”Dilger说。“这个系统会一直等到眼睛处于稳定的位置，然后在随机时间重复测试，这样猪就无法预料到吹气的发生。”。

但在为期五天的实验过程中，它们确实学会了预测烟团。很快，在第八次试验中，猪正以500毫秒的速度闭上眼睛——一个有光但没有吹气的。

“时机很好。如果你观察条件反射的眼睑反应，你会发现眼睑在呼出的那一刻是完全闭合的只有完美的马达计时，精确到毫秒。太美了。”

研究小组还学到了一些他们以前不认识的猪的知识。

“我们知道猪一次只能闭上一只眼睛；它们会眨眼。“事实上，我们对此并不确定，”Dilger说。“但因为它们是猪，它们很聪明，而且有耐心一整天都不让你得逞。有些猪只会闭着一只眼躺在那里，这意味着我们不能对它进行测试。”

眨眼测试特别针对小脑的活动，小脑是大脑中负责做出快速、无意识预测的部分。这些预测与运动反应有关，比如当你走路的时候该走到哪里；以及认知过程，比如预测某人在谈话中接下来要说什么。

小脑一直在不断地进行短期预测。与我们的环境互动是必不可少的。当我们想到学习和记忆时，我们常常会想到非常复杂的认知问题，但我们日常生活中的大多数行为只是与我们的环境进行平稳、自动的互动在眨眼调节中，你的小脑基本上为你解决了问题。你不必去想。它在做这个短期预测，这就是我们正在研究的。”

猪出生时小脑比人类婴儿发育得更为发达。这一点从Boele对6到8个月大的婴儿所做的眨眼条件反射测试中可以清楚地看到；人类婴儿通常无法在那个年龄学习这项任务。

与人类不同，猪需要能够立即做出运动和认知预测，因为它们出生后几分钟就可以起来走动。当Dilger用MRI研究猪小脑时，主要集中在结构上，他通常看不到营养干预带来的太多变化。这是因为猪的小脑在出生时更发达，这使它们成为早熟物种。但是营养的改变可能会改变大脑区域的功能。这就是眨眼测试将告诉他在未来的研究。

通常，功能遵循结构，但并非总是如此。他说：“营养缺乏可能会导致眨眼条件反射的缺陷，这是一项联想学习任务。我们希望能够利用营养干预作为一种相对无创的方式来了解小脑的发育。”
Young Domestic Pigs (Sus scrofa) Can Perform Pavlovian Eyeblink Conditioning