Sådan vælger mus den bedste flugtvej

At undslippe overhængende fare er afgørende for overlevelse. Dyr skal lære et nyt miljø hurtigt nok til, at de kan vælge den korteste vej til sikkerhed. Men hvordan gør de dette uden nogensinde at have oplevet trusler i det nye miljø?

Neurovidenskabsmænd ved Sainsbury Wellcome Center ved UCL undersøgte, hvordan mus lærer om deres rumlige miljø og de adfærdsstrategier, de bruger til at tage den korteste vej til et krisecenter, når de er bange.

I en ny undersøgelse, offentliggjort i dag i Current Biology , viser forskerne, at mus lærer den korteste vej til at flygte efter kun 10 minutters udforskning af miljøet, og de behøver ikke tidligere erfaring med trusler.

"I mange neurovidenskabelige undersøgelser trænes mus i at løse komplekse labyrinter og får masser af tid til at lære at gøre det. Men i naturen har mus ikke den luksus - når de står over for trusler, skal de flygte til ly så hurtigt som muligt. Spørgsmålet er, hvordan lærer mus dette meget hurtigt, uden mulighed for at prøve og fejle," sagde Tiago Branco, gruppeleder ved Sainsbury Wellcome Center og tilsvarende forfatter på avisen.

For at udforske dette spørgsmål udførte SWC-forskerne en række adfærdseksperimenter, hvor de gav mus et valg mellem to eller tre ruter tilbage til et krisecenter. Forskerne brugte en høj lyd eller truende stimulus, simulerede et rovdyr, til at skræmme musene og observerede derefter deres vej tilbage til ly.

For det første blokerede neuroforskerne den direkte vej til ly og fandt ud af, at musene lærte at bruge en af ​​de andre ruter. Dernæst undersøgte forskerne, om musene kunne vælge korrekt mellem to veje af forskellig længde. Forsøgene foregik i mørke, hvilket betyder, at musene ikke kunne se den korteste vej. Forskerne observerede imidlertid, at mus faktisk foretrækker den kortere vej, især når der er en større forskel mellem længderne af de to stier.

For at forstå, hvordan musene lærer dette, undersøgte forskerne dem, der oplevede trusler for første gang, og observerede, at de uerfarne mus allerede havde en præference for den kortere rute. Musene skal således tilegne sig denne information gennem naturlig udforskning og behøver ikke først at opleve trusler for at lære, hvordan de vælger den bedste flugtvej. Desuden lærte musene dette efter kun 10 minutters udforskning af miljøet.

"Mus er forgæves af mange arter, og derfor er det meget vigtigt for en mus at vide, hvordan man kan flygte i sikkerhed. Hvis du sætter en mus i et nyt miljø, er dens prioritet at kortlægge rummet og finde ud af, hvordan man kommer til et pengeskab. Dette er i det naturlige repertoire af musens adfærd og behøver ikke at være eksplicit instrueret," sagde Tiago Branco.

Traditionelt set er den måde, dyr menes at lære, at opleve værdien af ​​noget og kortlægge det på den rumlige geometri. For eksempel, hvis mus gentagne gange blev udsat for trusler mange gange og følte sig stressede ved at tage den lange vej tilbage til sikkerheden, ville de tildele den længere vej en lavere værdi og lære at tage den kortere vej i stedet.

Men i dette forsøg gjorde dyrene ikke det. I stedet antog musene, at den korte rute var bedst til flugt. Forskerne omtaler denne antagelse som en medfødt heuristik. Gennem evolutionen har mus erhvervet et sæt neurale kredsløb, der giver dem mulighed for at træffe disse medfødte valg efter naturlig udforskning.

"Dyr er meget gode til at lære om de ting, der betyder noget for dem. For at forstå musehjernen og de algoritmer og neurale kredsløb, der understøtter læring, er det vigtigt at se på den adfærd, som musen har udviklet sig til at gøre, og de begrænsninger, de er under for at lære hurtigt og effektivt," kommenterede Tiago Branco.

For at udforske de algoritmer, hjernen muligvis bruger til at sætte musene i stand til at vælge den bedste flugtvej, kiggede forskerne på tre forskellige beregningsmodeller og spurgte, om de kunstige algoritmer kunne præstere lige så godt som musene i opgaven. De fandt ud af, at de tre algoritmer alle fungerede meget godt, hvis den kunstige mus fik lov til at udforske i lang tid. Den rigtige mus havde dog kun 10 minutter til at udforske.

Og så fodrede forskerne den kunstige mus med de baner, som den rigtige mus tog, og de fandt ud af, at den enklest mulige algoritme, kaldet modelfri, ikke kunne lære at vælge den korteste vej. De to mere komplekse modeller, kaldet modelbaserede, kunne lære den bedste flugtvej, men de var kun korrekte omkring halvdelen af ​​tiden. Dette giver forskerne lidt indsigt i, hvad hjernen har brug for, for at musene kan vælge den optimale flugtvej.

De næste skridt for forskerne er at dykke dybere ned i, hvordan dette fungerer i hjernen, og hvordan mus kortlægger værdi på handlinger i dette naturlige paradigme. Dette spørgsmål er en lille brik i det større puslespil om, hvordan dyr vælger, hvilke handlinger de vil gøre baseret på deres forventning om, hvad der vil være bedst på kort eller lang sigt. Neuroforskerne håber at forstå denne form for værdikortlægning i en handlingsadfærd for at få et indblik i den slags algoritmer, hjernen muligvis bruger til at implementere hurtig læring.