الفئران تتعلم القيادة وتكتشف الفرح الجديد

تجربة قيادة الفئران： الابتكار في علم الأعصاب

صنعنا أول سيارة للقوارض من حاوية حبوب بلاستيكية.

بيئات غنية وتعليم القيادة

بعد التجربة والخطأ، وجدتُ أنا وزملائي أن الفئران يمكنها تعلُّم القيادة إلى الأمام عبر الإمساك بسلك صغير يعمل كدواسة بنزين. وقبل مرور وقت طويل، كانت الفئران تقود السيارة بدقة مدهشة للوصول إلى حلوى فروت لوبس.

انتشار البحث في وسائل الإعلام

وكما هو متوقع، تعلَّمت الفئران التي أُويت في بيئات غنية مزوَّدة بألعاب ومساحة واسعة ورفاق القيادةَ بشكل أسرع من نظيراتها في الأقفاص العادية. وقد دعمت هذه النتيجة فكرةَ أن البيئات المعقدة تعزز المرونة العصبية: قدرة الدماغ على التغيير عبر العمر استجابة للمتطلبات البيئية.

بعد أن نشرنا بحثنا، انتشرت قصة قيادة الفئران على نطاق واسع في وسائل الإعلام. يستمر المشروع في مختبري مع مركبات جديدة ومحسّنة تعمل بالفئران، أو مركبات آلية محسنة صممها أستاذ الروبوتات جون مكمانوس وطلابه. هذه المركبات الكهربائية المطورة التي تعمل عن بعد التي تتميز بأسلاك مقاومة للفئران وإطارات غير قابلة للتلف وأذرع قيادة مريحة هي أقرب إلى نسخة القوارض من شاحنة تسلا سايبرتك.

بصفتي عالمة أعصاب من المؤيدين لـ إيواء واختبار حيوانات المختبر في بيئات طبيعية، وجدت أنه من الممتع أن أرى مدى ابتعادنا عن ممارسات المختبر في هذا المشروع. تفضل الفئران عادةً التراب والعصي والصخور على الأجسام البلاستيكية. والآن، جعلناهم يقودون السيارات.

دوافع الفئران لتعلم القيادة

لكن البشر لم يتطوروا لقيادة السيارات أيضاً. وعلى الرغم من أن أسلافنا القدماء لم يكن لديهم سيارات، إلا أنهم كانوا يمتلكون أدمغة مرنة مكنتهم من اكتساب مهارات جديدة النار واللغة والأدوات الحجرية والزراعة. وبعد مرور بعض الوقت على اختراع العجلة، صنع البشر السيارات.

"وعلى الرغم من أن السيارات المُصمَّمة للفئران بعيدةٌ كل البعد عن أي شيءٍ قد تواجهه في البرية، إلا أننا اعتقدنا أن قيادةَ السيارات تمثل طريقةً مثيرةً لدراسة كيفية اكتساب القوارض لمهاراتٍ جديدة. وعلى نحوٍ غير متوقع، وجدنا أن الفئرانَ كانت لديها دافعٌ قويٌّ للتدرُّب على القيادة، وكانت غالباً ما تقفز إلى السيارة وتزيد سرعةَ محركِ الرافعة قبل انطلاق السيارة على الطريق. فلماذا كان ذلك؟"

اكتسبت مفاهيم من كتب علم النفس التمهيدية بُعدًا عمليًا جديدًا في مختبرنا لقيادة القوارض. فبناءً على مناهج التعلم التأسيسية مثل التكييف الفعال، الذي يعزز السلوك المستهدف من خلال الحوافز الاستراتيجية، قمنا بتدريب الفئران خطوة بخطوة في برامج تعليم القيادة.

في البداية، تعلمت الفئران الحركات الأساسية، مثل الصعود إلى السيارة والضغط على رافعة. ولكن مع الممارسة، تطورت هذه الأفعال البسيطة إلى سلوكيات أكثر تعقيدًا، مثل توجيه السيارة نحو وجهة محددة.

علمتني الفئران أيضاً شيئاً عميقاً ذات صباح أثناء الجائحة.

كان ذلك في صيف عام 2020، وهي فترة اتسمت بالعزلة العاطفية لكل شخص تقريباً على هذا الكوكب، حتى فئران المختبر. عندما دخلت إلى المختبر، لاحظت شيئاً غير اعتيادي: ركضت الفئران الثلاثة المدربة على القيادة بلهفة إلى جانب القفص، وقفزت إلى الأعلى كما يفعل كلبي عندما يُسأل عما إذا كان يريد التنزه.

هل كانت الفئران تفعل ذلك دائمًا ولم ألاحظ ذلك؟ هل كانوا فقط متحمسين لتناول حلوى فروت لووبس، أم أنهم كانوا يتوقعون القيادة نفسها؟ مهما كان الأمر، يبدو أنها كانت تشعر بشيء إيجابي ربما الإثارة والترقب.

ترتبط السلوكيات المرتبطة بالتجارب الإيجابية بالفرح لدى البشر، ولكن ماذا عن الفئران؟ هل كنت أرى ما يشبه الفرح في الفئران؟ ربما، مع الأخذ في الاعتبار أن أبحاث علم الأعصاب تشير بشكل متزايد إلى أن الفرح والمشاعر الإيجابية تلعب دورًا حاسمًا في صحة كل من الإنسان والحيوانات غير البشرية.

وبذلك، قمت وفريقي بتحويل التركيز من موضوعات مثل كيفية تأثير الإجهاد المزمن على الأدمغة إلى كيفية تأثير الأحداث الإيجابية وتوقع هذه الأحداث على تشكيل الوظائف العصبية.

ومن خلال العمل مع زميلة ما بعد الدكتوراه كيتي هارتفيغسن، صممتُ بروتوكولًا جديدًا يستخدم فترات الانتظار لزيادة التوقع قبل الحدث الإيجابي. وبإدخال تكييف بافلوفيان في هذا المزيج، كان على الفئران الانتظار لمدة 15 دقيقة بعد وضع كتلة ليغو في قفصها قبل أن تتلقى حلقة فروت لوبس. كما كان عليها أيضًا الانتظار في قفص النقل لبضع دقائق قبل دخول حديقة الفئران، وهي منطقة اللعب الخاصة بها. أضفنا أيضاً تحديات أخرى، مثل جعلهم يقصفون بذور عباد الشمس قبل تناول الطعام.

أصبح هذا هو برنامجنا البحثي انتظروا ذلك. أطلقنا على هذا الخط الجديد من الدراسة اسم UPERs استجابات التجربة الإيجابية غير المتوقعة حيث تم تدريب الفئران على انتظار المكافآت. في المقابل، تلقت فئران المراقبة مكافآتها على الفور. بعد حوالي شهر من التدريب، قمنا بتعريض الفئران لاختبارات مختلفة لتحديد كيفية تأثير انتظار التجارب الإيجابية على كيفية تعلمها وتصرفها. ونقوم حالياً بالتحقيق في أدمغتها لتحديد البصمة العصبية للتجارب الإيجابية الممتدة.

تأثيرات التوقع على سلوك الفئران

تشير النتائج الأولية إلى أن الفئران التي طُلب منها انتظار مكافآتها تظهر علامات على التحول من النمط المعرفي المتشائم إلى النمط المتفائل في اختبار مصمم لقياس تفاؤل القوارض. فقد كان أداؤها أفضل في المهام الإدراكية وكانت أكثر جرأة في استراتيجيات حل المشكلات. لقد ربطنا هذا البرنامج باهتمام مختبرنا الأوسع نطاقًا بـ السلوكيات السلوكية، وهو مصطلح قمت بصياغته للإشارة إلى أن التجارب يمكن أن تغير كيمياء الدماغ بشكل مشابه للأدوية.

يوفر هذا البحث مزيدًا من الدعم لكيفية تعزيز التوقع للسلوك. وقد أظهر العمل السابق على فئران المختبر أن الفئران التي تضغط على شريط للكوكايين وهو منشط يزيد من تنشيط الدوبامين تشهد بالفعل زيادة في الدوبامين أثناء توقعها لجرعة من الكوكايين.

لم تكن تأثيرات التوقع على سلوك الفئران هي التي لفتت انتباهنا فقط، بل لاحظنا شيئاً آخر مثيراً للدهشة. ففي أحد الأيام، لاحظ أحد الطلاب شيئًا غريبًا: فأرًا من المجموعة التي دُرِّبت على توقع التجارب الإيجابية كان ذيله مستقيماً مع وجود انحناءة في نهايته، تشبه مقبض المظلة القديمة.

قال الباحث الرئيسي: "لم أرَ هذا السلوك طوال عقود من عملي مع الفئران". وبعد مراجعة لقطات الفيديو، تبيَّن أن الفئران التي دُرِّبت على توقع التجارب الإيجابية كانت أكثر عرضة لرفع ذيولها عالياً مقارنةً بالفئران غير المدربة. ولكن ما الذي يعنيه هذا بالضبط؟

بدافع الفضول، نشرت صورةً لهذا السلوك على وسائل التواصل الاجتماعي. واقترح زملائي علماء الأعصاب أن هذا الشكل هو صورة ألطف لما يُعرف بـ "ذيل ستراب". (https://doi.org/10.1111%2Fj.1476-5381.1960.tb00277.x)، والذي يظهر عادةً في الفئران التي تُعطى المورفين الأفيوني. هذا الالتفاف على شكل حرف S هو أيضًا مرتبط بالدوبامين. عندما يتم حجب الدوبامين، ينحسر سلوك ذيل ستراب.

ويبدو أن الأشكال الطبيعية للمواد الأفيونية والدوبامين وهما لاعبان رئيسيان في مسارات الدماغ التي تقلل الألم وتعزز المكافأة هي المكونات الرئيسية للذيول المرتفعة في برنامج تدريب التوقع. تضيف مراقبة وضعية الذيل في الفئران طبقة جديدة لفهمنا للتعبير العاطفي لدى الفئران، وتذكرنا بأن العواطف يتم التعبير عنها في جميع أنحاء الجسم بأكمله.

وعلى الرغم من أننا لا نستطيع أن نسأل الفئران مباشرة عما إذا كانت تحب القيادة، إلا أننا ابتكرنا اختباراً سلوكياً لتقييم دوافعها للقيادة. هذه المرة، بدلاً من إعطاء الفئران خيار القيادة إلى حلوى فروت لوبس فقط، كان بإمكانهم أيضاً القيام برحلة أقصر سيراً على الأقدام أو على الكف في هذه الحالة.

دروس الفئران في الاستمتاع بالرحلة

ومن المثير للدهشة أن اثنين من الفئران الثلاثة اختارا أن يسلكا الطريق الأقل كفاءة وهو الابتعاد عن المكافأة والركض إلى السيارة للقيادة إلى وجهة فروت لوبس. تشير هذه الاستجابة إلى أن الفئران استمتعت بالرحلة والوجهة المجزية على حد سواء.

لسنا الفريق الوحيد الذي يبحث في المشاعر الإيجابية لدى الحيوانات.

فقد اشتهر عالم الأعصاب جاك بانكسيب بتجاربه في دغدغة الفئران، مما يدل على قدرتها على الاستمتاع.

وقد أظهرت الأبحاث أيضًا أن بيئات الفئران المرغوبة منخفضة الإجهاد تعيد ضبط دوائر المكافأة في أدمغتها، مثل النواة المتكئة. عندما يتم إيواء الحيوانات في بيئاتها المفضلة، تتسع منطقة النواة المتكئة التي تستجيب للتجارب الشهية. وفي المقابل، عندما يتم إيواء الفئران في سياقات مرهقة، تتوسع المناطق المولدة للخوف في النواة المتكئة. يبدو الأمر كما لو أن الدماغ عبارة عن بيانو يمكن للبيئة أن تضبطه.

كما قدم عالم الأعصاب كيرت ريختر أيضًا قضية الفئران التي لديها أمل. في دراسة لم يكن يُسمح بإجرائها اليوم، سبحت الفئران في أسطوانات زجاجية مملوءة بالماء، وغَرِقَت في نهاية المطاف من الإرهاق إذا لم يتم إنقاذها. وقد سبحت فئران المختبر التي كان البشر يتعاملون معها لساعات أو أيامٍ في كثير من الأحيان لفترات أطول، بينما استسلمت الفئران البرية بعد بضع دقائق فقط. ومع ذلك، إذا تمّ إنقاذ الفئران البرية لفترة وجيزة، فإن وقت بقائها على قيد الحياة كان يزداد بشكل كبير، وأحيانًا ليصل إلى أيام. ويبدو أن عملية الإنقاذ منحت الفئران الأمل وحفّزتها على البقاء.

لقد فتحت تجارب سباحة الفئران أبوابًا جديدة وغير متوقعة في مختبر أبحاث علم الأعصاب السلوكي التابع لي. وبينما تُعدّ دراسة المشاعر السلبية مثل الخوف والتوتر أمرًا ضروريًا، فإن التجارب الإيجابية تُشكّل الدماغ أيضًا بطرق مهمة.

فعندما تخوض الكائنات سواء كانت بشرية أو غير ذلك غمار الحياة غير المُتوقَّعة، فإن توقُّع التجارب الإيجابية يساعدها على المثابرة والاستمرار في البحث عن مكافآت الحياة. في عالم يُسيطر عليه الإشباع الفوري، تُقدّم هذه الفئران رؤيةً ثاقبةً للمبادئ العصبية التي تُوجّه السلوك اليومي. فبدلًا من الاكتفاء بالضغط على الأزرار للحصول على المكافآت الفورية، تُذكّرنا هذه الفئران بأن التخطيط والتوقع والاستمتاع بالرحلة قد يكونون مفاتيحَ لدماغٍ سليم. هذا هو الدرس الذي علّمتني إياه فئران المختبر. علّمتني إياه جيدًا.