Ontsnappen aan dreigend gevaar is essentieel om te overleven. Dieren moeten snel genoeg een nieuwe omgeving leren om de kortste weg naar veiligheid te kunnen kiezen. Maar hoe doen ze dat zonder ooit dreiging te hebben ervaren in de nieuwe omgeving?

Neurowetenschappers van het Sainsbury Wellcome Center aan de UCL onderzochten hoe muizen leren over hun ruimtelijke omgeving en de gedragsstrategieën die ze gebruiken om de kortste route naar een schuilplaats te nemen als ze bang zijn.

In een nieuwe studie, vandaag gepubliceerd in Current Biology , laten de onderzoekers zien dat muizen de kortste route leren om te ontsnappen na slechts 10 minuten verkennen van de omgeving en dat ze geen eerdere ervaring met dreiging nodig hebben.

"In veel neurowetenschappelijke onderzoeken worden muizen getraind om complexe doolhoven op te lossen en krijgen ze veel tijd om te leren hoe ze dat moeten doen. Maar in de natuur hebben muizen die luxe niet - als ze worden bedreigd, moeten ze zo snel mogelijk naar een schuilplaats vluchten. mogelijk. De vraag is hoe muizen dit heel snel leren, zonder de mogelijkheid van vallen en opstaan", zegt Tiago Branco, groepsleider bij het Sainsbury Wellcome Center en corresponderende auteur op het papier.

Om deze vraag te onderzoeken, voerden de SWC-onderzoekers een reeks gedragsexperimenten uit waarbij ze muizen de keuze gaven uit twee of drie routes terug naar een opvangcentrum. De wetenschappers gebruikten een hard geluid of een dreigende stimulus, waarbij ze een roofdier simuleerden, om de muizen bang te maken en observeerden vervolgens hun route terug naar hun schuilplaats.

Ten eerste blokkeerden de neurowetenschappers de directe weg naar onderdak en ontdekten dat de muizen leerden een van de andere routes te gebruiken. Vervolgens onderzochten de onderzoekers of de muizen correct konden kiezen tussen twee paden van verschillende lengtes. De experimenten vonden plaats in het donker, waardoor de muizen de kortste route niet konden zien. De onderzoekers merkten echter op dat muizen inderdaad de voorkeur geven aan het kortere pad, vooral wanneer er een groter verschil is tussen de lengtes van de twee paden.

Om te begrijpen hoe de muizen dit leren, bestudeerden de onderzoekers degenen die voor het eerst bedreigd werden en merkten op dat de onervaren muizen al een voorkeur hadden voor de kortere route. De muizen moeten deze informatie dus verkrijgen door middel van natuurlijke verkenning en hoeven niet eerst dreiging te ervaren om te leren hoe ze de beste ontsnappingsroute kunnen kiezen. Bovendien leerden de muizen dit na slechts 10 minuten van het verkennen van de omgeving.

"Muizen zijn een voorloper van veel soorten en daarom is het voor een muis erg belangrijk om te weten hoe hij in veiligheid kan komen. Als je een muis in een nieuwe omgeving plaatst, is het prioriteit om de ruimte in kaart te brengen en erachter te komen hoe je bij een veilige plek kunt komen. Dit zit in het natuurlijke repertoire van het gedrag van de muis en hoeft niet expliciet te worden geïnstrueerd", aldus Tiago Branco.

Traditioneel wordt gedacht dat dieren leren door de waarde van iets te ervaren en dat in kaart te brengen in de ruimtelijke geometrie. Als muizen bijvoorbeeld herhaaldelijk werden blootgesteld aan bedreigingen en zich gestrest voelden door het lange pad terug naar veiligheid te nemen, zouden ze het langere pad een lagere waarde toekennen en in plaats daarvan leren het kortere pad te nemen.

In dit experiment deden de dieren dat echter niet. In plaats daarvan gingen de muizen ervan uit dat de korte route het beste was om te ontsnappen. De onderzoekers noemen deze aanname een aangeboren heuristiek. Door evolutie hebben muizen een reeks neurale circuits gekregen die hen de mogelijkheid geven om deze aangeboren keuzes te maken na natuurlijke verkenning.

"Dieren zijn erg goed in het leren over de dingen die voor hen belangrijk zijn. Om het muizenbrein en de algoritmen en neurale circuits die leren ondersteunen te begrijpen, is het belangrijk om te kijken naar het gedrag dat de muis heeft ontwikkeld om te doen en de beperkingen die ze hebben. moeten snel en efficiënt leren", aldus Tiago Branco.

Om de algoritmen te onderzoeken die de hersenen mogelijk gebruiken om de muizen in staat te stellen de beste ontsnappingsroute te kiezen, keken de onderzoekers naar drie verschillende rekenmodellen en vroegen ze of de kunstmatige algoritmen even goed konden presteren als de muizen in de taak. Ze ontdekten dat de drie algoritmen allemaal heel goed werkten als de kunstmatige muis lange tijd mocht verkennen. De echte muis had echter maar 10 minuten om te verkennen.

En dus voedden de onderzoekers de kunstmatige muis met de banen die de echte muis nam en ze ontdekten dat het eenvoudigst mogelijke algoritme, modelvrij genoemd, niet kon leren het kortste pad te kiezen. De twee meer complexe modellen, modelgebaseerd genoemd, konden de beste ontsnappingsroute leren, maar waren slechts ongeveer de helft van de tijd correct. Dit geeft de onderzoekers enig inzicht in wat de hersenen nodig hebben om de muizen de optimale vluchtroute te laten kiezen.

De volgende stappen voor de onderzoekers zijn om dieper in te gaan op hoe dit werkt in de hersenen en hoe muizen waarde toewijzen aan acties in dit natuurlijke paradigma. Deze vraag is een klein stukje van de grotere puzzel van hoe dieren kiezen welke acties ze gaan doen op basis van hun verwachting van wat het beste zal zijn op de korte of lange termijn. De neurowetenschappers hopen deze vorm van value mapping te begrijpen in een actiegedrag om een ​​glimp op te vangen van de soorten algoritmen die de hersenen mogelijk gebruiken om snel leren te implementeren.