人類運用想象力遠不止於做白日夢。 設想可能發生情景的能力是我們每天都在做的事情。我們會仔細考慮避開交通堵塞的替代路線，臨時起意制定晚餐計劃，並在腦海中為明天的會議做準備。
但我們並非孤例。 一項新的研究發現生動地證明了人類並非唯一擁有超前想象能力的物種。 研究人員最近為幾隻大鼠配備了一種高科技裝置，用於追蹤大腦活動，並觀察了這些齧齒動物如何在虛擬現實環境中進行心理操作。 他們今天發表在《科學》雜誌上的研究結果表明，大鼠似乎能夠思考不在眼前的地點和物體。
想象力的核心是設想未發生的事情。“人類想象力的標誌是能夠在不採取行動的情況下思考某事，”位於弗吉尼亞州阿什本的霍華德·休斯醫學研究所珍利亞研究園區博士後研究員、新論文的共同第一作者賴崇熙（音譯）說。“它可以是一個簡單的行為，比如躺在床上，閉上眼睛，思考明天的計劃。”
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞報道，方式是 訂閱。 透過購買訂閱，您正在幫助確保有關當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
為了確定其他動物是否也能夠利用這種預見能力，研究人員專注於海馬體。哺乳動物大腦的這個區域儲存記憶，並在導航中發揮重要作用。尤其是齧齒動物，它們的海馬體擅長處理空間。“齧齒動物會為它們探索的每個環境建立一個模型，該模型就像 GPS 地圖一樣，”波士頓貝斯以色列女執事醫療中心神經科學家、新研究的共同作者阿爾伯特·李說。
這些詳細的認知地圖是由齧齒動物海馬體中的空間神經元（稱為位置細胞）建立的，當動物到達其環境中的某個區域時，這些神經元會被啟用。 追蹤這些神經“麵包屑”將幫助研究人員查明大鼠去過哪裡。 然而，與人類受試者不同，大鼠無法清晰地表達它們的想法。 因此，研究小組不得不找出另一種方法來訪問儲存在齧齒動物海馬體內的空間資料。
賴設計了一種腦機介面 (BMI)，植入到齧齒動物的大腦中。 該裝置有效地記錄了大鼠海馬體中的電活動，並將其快速轉換為稱為解碼器的外部裝置上的資訊。 這使得研究人員能夠追蹤哪些空間神經元被啟用。 李說：“如果動物產生與房間靠近窗戶的角落相關的神經活動模式，那麼解碼器將輸出該位置。”
當大鼠配備 BMI 後，每隻大鼠都被放置在一個球形跑步機上，跑步機周圍環繞著螢幕——這種裝置類似於包裹在旋轉地球儀周圍的冰淇淋蛋筒。 研究人員使用投影儀在螢幕上播放虛擬現實環境，從而產生大鼠在跑步機上奔跑時在空間中移動的錯覺。
第一步是讓大鼠建立這個虛擬環境的基線認知地圖。 允許動物在旋轉的跑步機上自由移動進行探索。 每隻動物都經過訓練，以找到模擬中的指定位置。 一旦大鼠到達這個地點，它們就會獲得液體獎勵。
在每次測試期間，研究人員都記錄了大鼠移動到某些區域時哪些空間神經元被啟用。 李說：“當大鼠探索整個環境時，我們可以讀取其海馬體建立的地圖。”
然後，科學家們對大鼠的心理繪圖技能進行了測試。 他們將大鼠固定在跑步機頂部，阻止動物透過奔跑在虛擬環境中自由移動。 相反，大鼠在虛擬現實模擬中的移動受到它們在腦海中啟用的空間神經元的控制。 這迫使它們在腦海中設想到達獎勵所需的步驟。 研究人員將這項任務稱為“跳躍者”，這是對一部以瞬間移動為主題的 2008 年電影的致敬。
科學家們為第二個任務引用了另一部電影，他們稱之為“絕地”。 在這項任務中，大鼠根本無法在虛擬環境中移動。 為了獲得獎勵，它們被迫像絕地武士召喚遙遠的光劍一樣，將外部物體移動到指定的獎勵點。 但大鼠沒有藉助原力，而是必須利用它們的空間神經元來引導物體穿過虛擬現實。
研究人員發現，他們齧齒動物受試者擅長這兩項任務。 在“跳躍者”任務中，研究小組發現，當大鼠回憶起遙遠獎勵的位置時，它們可以自願地重新啟用海馬體中特定位置的神經元。 “絕地”任務揭示，當它們將遠端物體移向期望的目的地並將其保持在那裡幾秒鐘時，它們也可以成功地啟用這些神經元，這可能類似於人類在描繪遙遠的海灘美景時專注於某個物體。
但並非所有科學家都認同這些結果與想象力有關。 馬薩諸塞理工學院研究齧齒動物學習和記憶的神經生物學家馬修·威爾遜沒有參與這項研究，他認為海馬體處理空間的方式具有預測性成分，而不需要動物進行主動思考。 “海馬體總是預測接下來會發生什麼，”威爾遜說。“[大鼠]不必考慮目標。” 他認為，研究人員挖掘的是動物海馬體內的潛意識預測程式碼，而不是解碼大鼠的主動思考。
威爾遜認為，確定大鼠是否真的在使用類似想象力的思考過程的一種方法是關閉虛擬現實，看看齧齒動物是否可以在不移動或不接收任何視覺反饋來告知其下一步行動的情況下，重新建立空間神經模式。 他說：“現在，這就像他們在觀看電影時想象電影的下一幀一樣。” “但想象力是當你閉上眼睛，並在內心創造這些感知時發生的事情。”