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有关对《生物钟影响蟑螂的记忆和学习能力》的质疑
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对于现象的解释，很可能并不是唯一的，当试图给出科学结论的时候，尤其需要注意这一点。科学史上有很多的发现，开始轰动一时，但最终还是被证明是错误的，其中牵涉到名人也不少。为什么会有错误的结论，这在目前是个很哲学的问题，也许今后思维科学会给我们一个更准确的答案。教训就是在科学面前唯一的权威是科学自己，迷信权威是科学大忌。近来和朋友聊天就谈到最近看到的一篇文章，是对现象轻易下结论的一个典型的例子，纯做笑谈，不过朋友还是觉得非常有助益，遵嘱托写出来。
听过一个笑话，科学家研究跳蚤听力的问题，于是做个实验，把跳蚤放在平台上然后大喊一声，跳蚤跳起来了；接下来，科学家把跳蚤的腿都掰下来，重新放到平台上大喊一声，跳蚤没有跳起来，根据这个现象，科学家郑重其事在记录本上写下：跳蚤的腿被掰掉后，它的听力丧失了。
这回文章的主角不是跳蚤而是一只蟑螂，论文在线发表在2007年9月24日的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。 PNAS在科学界可是鼎鼎大名，权威性不容置疑，文章是有关生物钟对蟑螂的学习能力的影响上。论文作者是Susan Decker, Shannon McConnaughey, Terry L. Page。在论文中，根据蟑螂讨厌薄荷油味和喜欢香草味的习性，实验主要设计了两种类型的场景，一种在早晨，一种在傍晚，训练蟑螂将两种气味联系起来，并观察蟑螂记住这种关联的时间长度。实验结果发现，蟑螂能够记住晚上学习的内容，而对于早上训练的内容则没有形成有效的记忆。因此得出结论：生物钟影响蟑螂的记忆和学习能力。
表面看起来结论下的还是很有道理的，也没有明显的反例来反驳这种观点，从人类自身的体验来看，不同时段，人类的学习注意力以及记忆能力确实有一些差别。不过让人对这个结果产生疑惑的是，对于这种食物与气味相关的训练，不同时段产生的差距实在太大了，有些不可致信。
首先我对于实验的场景设计有些微词，蟑螂属于夜食性昆虫，夜晚蟑螂对搜寻食物表现出的智力能力是可以信赖的。蟑螂简单的小脑袋专注于分辨食物的特征，让我不由想到了巴普洛夫那条著名的狗。外界环境的变化有益于专注感知这种信息的动物形成条件反射，表现为长程关联性记忆，反过来说，喜欢昼伏夜出的蟑螂，白天不是它习惯的活动时段，觅食的需求和躲避天敌的恐惧哪种占优？答案不言而喻。不幸的是，即使是昆虫这种简单动物的大脑运行机制我们都一无所知，但是从某种角度来考虑，简单的大脑能够承载的信息必然有限，所以不能不怀疑是否在特定的条件下，蟑螂的大脑活动有绝对的优势一方，另一方的需求被降低到很低下的水平，比如当恐惧的心态占优时，对食物欲求的信号强度频度都不足以形成稳定的条件反射。文章没有设计蟑螂危险求生的场景，无法否定这样的假设，学习当然不仅仅是觅食的知识，还有避险求生的能力，所以贸然下生物钟影响蟑螂记忆及学习能力的是有些草率的，不同时段下蟑螂意识的关注点不断周期性变化也是很可能的一种答案。
借用近来沙朗斯通的名言：这的确是个有趣的问题，它给了我们一些教训。什么教训呢？一方面即使你审慎地对一种现象进行了深入思考，如果改换个一个角度看，你得到的结论可能就不再正确；另一方面，即使审查很严肃的刊物，也难免有疏忽大意的时候。阅读科学文献不只是要了解别人在做什么，得到什么样的结论，重要的是要给出自己的判断，科学面前没有权威，只有不断的质疑。
下面是有关文章的摘要译文，翻译有些差错，可以参考附录的摘要原文：
生物体活动都会受到生物钟的影响，蟑螂也不例外。美国科学家近日研究发现，蟑螂的学习能力在早晚相差巨大。这是首例获得证实的关于昆虫学习能力会受到生物钟影响的研究报告，无疑将对人们深入研究生物钟的作用产生帮助。相关论文9月24日在线发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
领导该项研究的是美国范德比尔特大学的生物学家Terry L. Page。他和研究小组训练蟑螂将它们讨厌的薄荷油味和喜欢的香草味联系起来，并在 一天24小时内不同的时间段进行训练，以测试它们能记住这种联系的时间长度。结果发现，在傍晚训练，蟑螂能记住这种联系数天；在夜间训练，效果也不错；而 在早晨训练，蟑螂根本就不能形成新的记忆。
Page说，早晨造成的缺陷如此显著，真是让人非常吃惊。那么蟑螂为什么不愿意在这个时间段学习新东西？Page表示目前尚无准确答案。
之前关于生物钟的研究关注的大多都是视觉系统，此次研究则有很大不同。Page表示，此次研究包括了嗅觉系统，这表明生物钟会影响为数众多的感觉器官。
此次实验有助于人们对生物钟和记忆、学习等之间的联系展开更深入的研究。Page说：“此次研究表明，至少从某些情况来说，一天之中特定的时刻具有深远的 影响。通过研究生物钟调节学习和记忆的方式，我们能够更深入地了解这些过程发生的机制，以及哪些因素能对它们产生影响。”（科学网 梅进/编译）
英文摘要原文：
Published online before print September 24, 2007
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.0702082104
( biological rhythms | cockroach | differential conditioning | memory )
Susan Decker, Shannon McConnaughey, and Terry L. Page *
Department of Biological Sciences, Vanderbilt University, Nashville, TN 37235
Edited by Leslie C. Griffith, Brandeis University, Waltham, MA, and accepted by the Editorial Board August 10, 2007 (received for review March 6, 2007)
Olfactory learning in insects has been used extensively for studies on the neurobiology, genetics, and molecular biology of learning and memory. We show here that the ability of the cockroach Leucophaea maderae to acquire olfactory memories is regulated by the circadian system. We investigated the effect of training and testing at different circadian phases on performance in an odor-discrimination test administered 30 min after training (short-term memory) or 48 h after training (long-term memory). When odor preference was tested by allowing animals to choose between two odors (peppermint and vanilla), untrained cockroaches showed a clear preference for vanilla at all circadian phases, indicating that there was no circadian modulation of initial odor preference or ability to discriminate between odors. After differential conditioning, in which peppermint odor was associated with a positive unconditioned stimulus of sucrose solution and vanilla odor was associated with a negative unconditioned stimulus of saline solution, cockroaches conditioned in the early subjective night showed a strong preference for peppermint and retained the memory for at least 2 days. Animals trained and tested at other circadian phases showed significant deficits in performance for both short- and long-term memory. Performance depended on the circadian time (CT) of training, not the CT of testing, and results indicate that memory acquisition rather than retention or recall is modulated by the circadian system. The data suggest that the circadian system can have profound effects on olfactory learning in insects.
https://blog.sciencenet.cn/blog-46717-27867.html
下一篇：从达尔文到木村资生
听过一个笑话，科学家研究跳蚤听力的问题，于是做个实验，把跳蚤放在平台上然后大喊一声，跳蚤跳起来了；接下来，科学家把跳蚤的腿都掰下来，重新放到平台上大喊一声，跳蚤没有跳起来，根据这个现象，科学家郑重其事在记录本上写下：跳蚤的腿被掰掉后，它的听力丧失了。
这回文章的主角不是跳蚤而是一只蟑螂，论文在线发表在2007年9月24日的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。 PNAS在科学界可是鼎鼎大名，权威性不容置疑，文章是有关生物钟对蟑螂的学习能力的影响上。论文作者是Susan Decker, Shannon McConnaughey, Terry L. Page。在论文中，根据蟑螂讨厌薄荷油味和喜欢香草味的习性，实验主要设计了两种类型的场景，一种在早晨，一种在傍晚，训练蟑螂将两种气味联系起来，并观察蟑螂记住这种关联的时间长度。实验结果发现，蟑螂能够记住晚上学习的内容，而对于早上训练的内容则没有形成有效的记忆。因此得出结论：生物钟影响蟑螂的记忆和学习能力。
表面看起来结论下的还是很有道理的，也没有明显的反例来反驳这种观点，从人类自身的体验来看，不同时段，人类的学习注意力以及记忆能力确实有一些差别。不过让人对这个结果产生疑惑的是，对于这种食物与气味相关的训练，不同时段产生的差距实在太大了，有些不可致信。
首先我对于实验的场景设计有些微词，蟑螂属于夜食性昆虫，夜晚蟑螂对搜寻食物表现出的智力能力是可以信赖的。蟑螂简单的小脑袋专注于分辨食物的特征，让我不由想到了巴普洛夫那条著名的狗。外界环境的变化有益于专注感知这种信息的动物形成条件反射，表现为长程关联性记忆，反过来说，喜欢昼伏夜出的蟑螂，白天不是它习惯的活动时段，觅食的需求和躲避天敌的恐惧哪种占优？答案不言而喻。不幸的是，即使是昆虫这种简单动物的大脑运行机制我们都一无所知，但是从某种角度来考虑，简单的大脑能够承载的信息必然有限，所以不能不怀疑是否在特定的条件下，蟑螂的大脑活动有绝对的优势一方，另一方的需求被降低到很低下的水平，比如当恐惧的心态占优时，对食物欲求的信号强度频度都不足以形成稳定的条件反射。文章没有设计蟑螂危险求生的场景，无法否定这样的假设，学习当然不仅仅是觅食的知识，还有避险求生的能力，所以贸然下生物钟影响蟑螂记忆及学习能力的是有些草率的，不同时段下蟑螂意识的关注点不断周期性变化也是很可能的一种答案。
借用近来沙朗斯通的名言：这的确是个有趣的问题，它给了我们一些教训。什么教训呢？一方面即使你审慎地对一种现象进行了深入思考，如果改换个一个角度看，你得到的结论可能就不再正确；另一方面，即使审查很严肃的刊物，也难免有疏忽大意的时候。阅读科学文献不只是要了解别人在做什么，得到什么样的结论，重要的是要给出自己的判断，科学面前没有权威，只有不断的质疑。
下面是有关文章的摘要译文，翻译有些差错，可以参考附录的摘要原文：
生物体活动都会受到生物钟的影响，蟑螂也不例外。美国科学家近日研究发现，蟑螂的学习能力在早晚相差巨大。这是首例获得证实的关于昆虫学习能力会受到生物钟影响的研究报告，无疑将对人们深入研究生物钟的作用产生帮助。相关论文9月24日在线发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
领导该项研究的是美国范德比尔特大学的生物学家Terry L. Page。他和研究小组训练蟑螂将它们讨厌的薄荷油味和喜欢的香草味联系起来，并在 一天24小时内不同的时间段进行训练，以测试它们能记住这种联系的时间长度。结果发现，在傍晚训练，蟑螂能记住这种联系数天；在夜间训练，效果也不错；而 在早晨训练，蟑螂根本就不能形成新的记忆。
Page说，早晨造成的缺陷如此显著，真是让人非常吃惊。那么蟑螂为什么不愿意在这个时间段学习新东西？Page表示目前尚无准确答案。
之前关于生物钟的研究关注的大多都是视觉系统，此次研究则有很大不同。Page表示，此次研究包括了嗅觉系统，这表明生物钟会影响为数众多的感觉器官。
此次实验有助于人们对生物钟和记忆、学习等之间的联系展开更深入的研究。Page说：“此次研究表明，至少从某些情况来说，一天之中特定的时刻具有深远的 影响。通过研究生物钟调节学习和记忆的方式，我们能够更深入地了解这些过程发生的机制，以及哪些因素能对它们产生影响。”（科学网 梅进/编译）
英文摘要原文：
Published online before print September 24, 2007
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.0702082104
( biological rhythms | cockroach | differential conditioning | memory )
Susan Decker, Shannon McConnaughey, and Terry L. Page *
Department of Biological Sciences, Vanderbilt University, Nashville, TN 37235
Edited by Leslie C. Griffith, Brandeis University, Waltham, MA, and accepted by the Editorial Board August 10, 2007 (received for review March 6, 2007)
Olfactory learning in insects has been used extensively for studies on the neurobiology, genetics, and molecular biology of learning and memory. We show here that the ability of the cockroach Leucophaea maderae to acquire olfactory memories is regulated by the circadian system. We investigated the effect of training and testing at different circadian phases on performance in an odor-discrimination test administered 30 min after training (short-term memory) or 48 h after training (long-term memory). When odor preference was tested by allowing animals to choose between two odors (peppermint and vanilla), untrained cockroaches showed a clear preference for vanilla at all circadian phases, indicating that there was no circadian modulation of initial odor preference or ability to discriminate between odors. After differential conditioning, in which peppermint odor was associated with a positive unconditioned stimulus of sucrose solution and vanilla odor was associated with a negative unconditioned stimulus of saline solution, cockroaches conditioned in the early subjective night showed a strong preference for peppermint and retained the memory for at least 2 days. Animals trained and tested at other circadian phases showed significant deficits in performance for both short- and long-term memory. Performance depended on the circadian time (CT) of training, not the CT of testing, and results indicate that memory acquisition rather than retention or recall is modulated by the circadian system. The data suggest that the circadian system can have profound effects on olfactory learning in insects.
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