【科學講堂】自然環境研動物 寫出老鼠「字典」
說起研究動物的腦部活動及行為，我們可能都會不期然想起特別設計的實驗設定：比如說被訓練去控制操控杆，或是在迷宮中探索的老鼠。這些特別的設計，幫助了科學家們認識動物的一些行為，但可供研究的行為卻相對有限。有見及此，一些科學家已提倡在更自然的環境中研究動物腦袋的活動和行為。我們在這方面的進展如何？今天就和大家探討一下這個課題。
半世紀前已採用 惟無法探究腦部
在更自然的環境下研究動物，其實生物學家們早就有相關的想法：早於上世紀七十年代，荷蘭科學家尼科·廷貝亨（Niko Tinbergen）就已在北海海岸旁的沙堆上觀察並詳細紀錄海鷗的活動。這種經由紀錄野外活動以研究動物自然行為的方法，奠定了行為學（ethology）這個科學分支，亦讓廷貝亨獲得了1973年的諾貝爾生理學或醫學獎。
不過，縱然傳統的行為學能夠深入研究動物的行為，卻無法探究腦部的狀況；神經科學的傳統實驗設定可以認識腦部，卻只會探究特定的動物行為。把神經科學和行為學結合，應該就可以研究動物在較自然的環境下腦袋的運作方式。
正因如此，不少研究團隊正把參與實驗的老鼠放進與大自然相類的環境中，觀察牠們的行為表現，並用儀器紀錄牠們的相關腦部活動。這些「與大自然相類的環境」可以是模仿老鼠尋找食物的場景、躲避獵食者的追捕，甚或是讓老鼠自由地探索一個環境。科學家們再以此編彙出一本老鼠身體語言的「字典」：記下老鼠的各種動作（例如用後腿站起來、點頭），再分析牠們的意思和與周遭環境的關係。
這種研究方法幫助釐清了一些我們對動物行為的理解。比如說我們一直猜想，月經周期引起的荷爾蒙轉變會令雌性動物的行為有較大的變化。但研究發現，在實驗室自由探索的環境中，雄性老鼠行為的變化比雌性老鼠還要大，而雌激素（oestrogen）對老鼠行為的影響也不明顯。
與大自然較近似的實驗環境也可以用來研究鼠隻的打架行為。同樣也於1973年獲得諾貝爾生理學或醫學獎的奧地利行為學家康拉德·洛倫兹（Konrad Lorenz），就曾猜想動物體內有一種「侵略信號」，每當這種信號累積到某個水平，動物就會展現具侵略性的行為。不過，同時期的學者認為這套理論偏向簡單，亦缺少了神經生物學上的基礎，以至這套理論逐漸被忽略。
下丘腦神經元愈活躍 老鼠攻擊性愈強
近代的研究，卻開始在老鼠身上找到這套理論的證據：每當老鼠之間互動，牠們下丘腦（hypothalamus）的一組神經元就會活躍起來，而活躍的水平就跟老鼠的行為相關：低水平的時候，老鼠會偏向忽視其他動物，不作爭吵；但當水平於數十秒內增高，老鼠的侵略性就會相應提升；達到高水平的時候，老鼠遇事就會馬上攻擊對方。
如此看來，下丘腦的神經元就好比侵略行為的控制按鈕一樣。不過有趣的是，何謂高低水平好像因「鼠」而異：一些老鼠幾乎從不發怒，但另一些卻極容易會攻擊對方。
小結
兩個學科的結合，不時為我們帶來新驚喜、新發現，今次的分享希望是一個不錯的例子。在較自然的環境中研究動物，亦在愈來愈多的場景下被應用，希望能夠更深入認識更長期的動物行為，甚至擴展至人類之上，開拓醫藥上的應用。
◆杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
