基本行为的大脑线路可能已写在基因组中，无需学习

我们生来就是这样吗？

在塑造大脑方面，经验可能并不像我们想象的那么重要。

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在大草原的某个地方，一只瞪羚诞生了。妈妈轻轻一舔，身体摇摇晃晃，她就准备逃跑了。在沙滩的某个地方，一只小海龟孵化了。它和它的兄弟姐妹一起坐在沙子下面，直到突然，它们成群结队地跑到水面上，直奔大海。您是否想过动物如何从出生起就能够做这么多事情？

为了使大脑充分发挥功能，它需要正确连接。人脑有大约 860 亿个神经元，每个神经元通过数千个突触与其他神经元连接。一些神经元与其邻居相连，而另一些神经元则必须在数厘米（甚至长达一米）内找到路径。这些联系是如何建立的已经争论了几十年：其中有多少是融入基因组中的，有多少是来自经验的？到目前为止，争论一直停留在中间的某个地方，两者都有一点。

然而，最近的一项研究表明了立场。不仅（感官、运动程序等）经验是不必要的，而且作为一个整体，神经活动——神经元中允许它们进行交流的电信号——也不是必要的。大脑的连接和准备仅基于遗传学。该研究采取了相当激进的方法：为了查明神经元活动是否是发育所必需的，他们将其全部去除。

“电路组装需要多少开发活动尚不清楚。 “我们的灵感来自于在斑马鱼幼虫身上进行实验，因为斑马鱼是目前唯一可以在整个发育过程中可逆地阻断所有活动的脊椎动物”，资深作者、分子和细胞生物学教授 Florian Engert 博士哈佛大学的教授告诉 Science-News.dev。 “这不是一个我们对结果有预期的实验。我们对这里的任何事情都持开放态度。 ”

先前已证明去除神经活动或经验会影响正常发育，但扰动是局部的。这造成了大脑的不平衡，导致未受影响的区域进行补偿。恩格特博士解释了这些实验中所看到的效果，他表示，大脑对扰动很敏感，并且始终以平衡为目标。

让整个大脑安静几天并不是一件容易的事。研究人员使用了一种名为三卡因的药物来阻断神经元的电活动。他们必须确保鱼不会对药物敏感。他们还发现这种药物在光线下会分解成有毒化合物，因此他们不得不在黑暗中饲养鱼。但是，经过几轮测试，他们的实验成功了。对于成鱼来说它可能是致命的，但幼鱼却活了下来！它们足够小，可以通过皮肤呼吸，并从卵黄囊中进食。事实证明，你的成长并不需要大脑。 

为了测试沉默是否有效，他们测试了鱼的视运动反应（OMR），斑马鱼会转向以适应全视野视觉运动的速度和方向。这被认为可以让它们在移动的溪流中保持静止。 OMR 及其背后的神经回路在斑马鱼中得到了很好的表征，使其成为本研究的理想选择。 “[OMR] 需要时间整合、证据积累和增益控制，[...] 这与学习、记忆和决策相关，”恩格特博士说，“因此，[它] 实际上捕获了高阶的许多其他方面，类似认知的行为。 ” 

在注入三卡因的水中生活三天后，幼虫斑马鱼从药物诱导的静止中醒来，神经回路完好无损，准备进行 OMR。缺乏神经活动并没有产生影响，鱼脑的基因组中拥有它所需的一切。 “连接组的连接和初始组装分三个阶段进行。首先是分化和体细胞定位。您将所有单独的单元放在正确的位置并给它们正确的签名。第二个是轴突生长，轴突沿着形态发生梯度引导，所有这些都受到遗传控制。最后阶段是细胞间识别，即寻找突触伙伴。 ”

“基本上所有动物的大多数关键行为（如果不是全部的话）在动物接触世界时就已经存在了。 ”恩格特博士说，“知识、能力、技能、专业知识、认知能力都融入了基因组中。对于任何动物来说，任何重要的东西都不需要学习。 ” 那么一切都是硬编码的吗？恩格特博士表示，这并不完全是确定性的。在脊椎动物的大脑中也存在“布线的随机元素”。

如果我们生来就准备好出发，那么出生后会发生什么？首先，“你需要不断地重新调整，因为事情仍在变化”，因为你的身体仍在成长。 “如果你想观察校准过程，你应该观看新生马出生时的电影。在最初的十分钟里，他们不协调地跌跌撞撞，但你可以实时看到它。您可以看到 [...] 系统如何自我校准。 ” 

也许一匹小马出生不久就能跑，但你见过人类的婴儿吗？恩格特博士认为，人类与猴子和其他动物一样，本质上是早产的。这并不意味着出生后的经历对于早期发展是必要的。最重要的是，作为人类，我们依赖于大量获得的知识，因为语言对于我们的社交和认知行为至关重要。一个功能齐全的人需要比出生时更多的经验来塑造大脑。

对于神经网络来说，我们的大脑在没有经验的情况下有多少连接的问题也很有趣。作者说：“人工智能和计算神经科学的研究强调了弱结构模型如何能够学习执行复杂的任务。”与大多数神经网络不同，大脑的大部分功能线路是在没有学习的情况下建立的。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上