行為學習的探索:狗的大腦功能磁振造影

 
2017/11/08 ‬龔俊嘉 | 成功大學心理學系     210
 

研究人員希望藉由直接掃描狗的大腦,可以提供客觀的證據,以釐清飼主最關切的「狗能否聽懂飼主的指令,甚至懂得主人的心」問題。

 

經過25年的發展(1992-2017),功能性磁振造影(functional magnetic resonance imaging, fMRI)已是一門相當成熟的學科,不但在方法上整合了影像處理、數理統計與心理學的實驗設計,在議題的拓展與研究結論上也影響了心理學與社會科學。並且,藉由不同物種的大腦掃描,更提供了一些與人腦比較的參考,讓我們對人類的獨特性、大腦的功能與演化,甚至生命意義等議題都產生了不少的新刺激。

 

fMRI能夠掃描很多的物種,惟近年來有愈來愈多的研究把對象擺放到人類最好的朋友—狗狗身上。有人會問:為什麼要掃描狗狗的fMRI呢?答案是:首先,狗狗的fMRI研究能讓我們對不同物種間大腦反應功能的特殊性與普遍性,提供更進一步的觀察。其次,狗狗生活在你我周邊,養毛小孩的人甚多,對於狗大腦認知的需求愈來愈有市場。最後也是最重要的,研究人員希望藉由直接掃描狗的大腦,可以提供客觀的證據,以釐清飼主最關切的「狗能否聽懂飼主的指令,甚至懂得主人的心」問題。

 

對於上述最後一個問題,就拿去年8月在《Science》發表的文章 〈Neural mechanisms for lexical processing in dogs〉來舉例吧!文中, 作者設計了一個簡明的2 × 2實驗:某熟悉女士(可能是女放射師) 分別以tone(中性 vs. 高興誇張的語調) 與單字內容 (狗能了解的讚美,像是good boy∕girl!vs. 無意義字串,像是 leitee)的說話聲給 12 隻狗聽。

 

看似容易,但實驗的進行卻非常繁複,為求結果的正確,飼主、狗與 MRI環境的密切配合和大量練習是絕對必要的。因為狗狗得乖乖地躺在 MRI 裡近40分鐘不動,包括伸舌頭、喘氣等都不准,任何微小的行動都會影響大腦影像的穩定度。其次還得讓狗狗自己走上 mock scanner(為了方便實驗進行,一種有同樣規格比例,但卻是木造的MRI,方便實驗參與者的訓練及熟悉環境。)躺好,保持覺醒而且不動,然後才讓牠們傾聽聲音或觀看視覺的刺激(可能還需要戴上耳機,惟不確定有沒有狗狗專用的MRI耳機哩?)。以上的程序可是需要十幾周以上的制約訓練才可得呢。

 

對於上述實驗的結果,在許多科普網站上都可看到各種的闡釋與討論。其中較有趣的如:「狗狗聽到熟悉的語句時,牠的左半腦語言區會有較強的反應,若是情緒性的無意義語詞,其反應則發生在右腦前葉,但當訊息是可了解且是正向的情緒時,類似人類布洛卡區的狗狗左腦前葉處會有較強的反應。」若這個結論是真,是否表示狗狗真的了解飼主說的話?另一方人馬卻不以為然,他們認為在情緒+內容的雙重刺激下,狗狗左腦前葉區的較高反應可能只是反應了牠的熟悉感而已。

 

與人類的fMRI早期研究一般,在尚未發展出狗腦的標準化模板前,只能就狗狗自己大腦,各提取功能的相關腦區(如後腦勺部分的視覺區與雙耳部分的聽覺區,對人類或狗臉有反應的顳葉區,以及對酬賞有反應的尾狀核等)比較在不同操弄情況下的血氧濃度。等到累積足夠的研究數據後,自然可以發展出較正確的狗種模板,也許不同的狗種間或不同年紀的狗間會有不同的模板,如人類的fMRI 問世約 20 年後,才出現新生兒與嬰幼兒的大腦模板。

 

此外,隨著 MRI 機器磁場愈來愈大(從3 Tesla到7 Tesla),增加的空間解析度(目前已可進到次毫米的層次)應該也有助於解決狗腦較小的困擾。

 

等到標準化的問題解決後,更複雜的資料分析方式,像是功能性與效果性腦區連結的探討,與多重像素型態分析等,都可以更清楚地了解狗的眼睛到底看到了什麼訊息!可以預見的是,隨著研究成果愈多,對狗的了解也會有更多的有趣發現。

 

除了受試者的訓練挑戰與對機器及環境的適應外,現在已出版的canine fMRI文章已穩定增加中,研究議題除了狗看主人的臉或狗臉時的反應外,也有狗在聽到飼主或陌生人的語言或指令時的回應,甚至可以看到市場需求,國外已有一家公司與研究單位合作,徵求想更了解他們毛小孩的客戶。

 

另外,目前在選擇導盲犬或緝毒犬時,仍只能靠經驗或育種法則。如果可以利用狗狗的fMRI數據協助辨認其對陌生人趨近時的大腦反應,以評估其勝任這任務的能力,應該可以省下不少培訓經費。現今狗隻培訓中心的成本居高不下,其功能也愈來愈受重視,而且大家都很願意為自家毛小孩花大錢,可以想像如此的市場成長空間會是頗大的。

 

狗狗的fMRI研究是一個有趣且值得觀察的趨勢,因為千萬年來人與狗在這個星球上一直都是彼此依賴,共同演化,fMRI 的研究可以讓我們知道這個最親近的朋友物種的演化情形。