综述：物种间眨眼条件反射的变异

本综述系统分析了跨物种眨眼条件反射（Eyeblink Conditioning）研究，揭示学习机制并非完全保守。人类表现出快速但高变异性的获得模式，而啮齿类（如大鼠、小鼠）和兔类则呈现渐进式学习曲线。研究强调了刺激间隔（ISI）对条件反射（CR）表现的关键影响（最优区间为200–300 ms），并指出物种间在神经元数量、浦肯野细胞复杂性及训练协议上的差异挑战了神经机制直接平移的假设。作者呼吁标准化实验方案并谨慎解读跨物种数据。

　　

物种间眨眼条件反射的变异：对学习机制保守性的重新审视

神经科学领域长期存在一个核心假设：学习机制在不同物种间是保守的。眨眼条件反射（Eyeblink Conditioning, EBC）作为研究联想学习和小脑功能的基石范式，被广泛应用于人类和各种动物模型中。然而，这篇系统综述通过对271项研究中的484个实验进行深入分析，揭示了显著的物种间差异，挑战了这一固有认知。

引言：保守性与差异的并存

哺乳动物大脑在解剖和组织上具有高度相似性，从仅重约0.5克的小鼠脑到重约1500克的人类脑，其基本结构组件和连接模式大体保持一致。小脑这一对运动学习至关重要的大脑结构，在所有哺乳动物中都存在，并共享基本的细胞构筑。然而，重要的物种差异同样不容忽视。例如，浦肯野细胞（Purkinje cell）的树突复杂性随着物种在系统发育树上位置的上升而增加，人类的浦肯野神经元比啮齿类对应部分展现出更精细的分支。此外，物种间的神经元总数差异巨大：小鼠约7000万，大鼠约1.9亿，兔子约5亿，而人类高达860亿。即使是同属于啮齿目的近亲物种大鼠和小鼠，也在基因表达、突触可塑性、认知和社会行为上存在差异。

眨眼条件反射范式与历史演变

眨眼条件反射是一种小脑依赖的联想学习形式。在此过程中，一个中性条件刺激（Conditioned Stimulus, CS），如音调或光线，与一个能诱发反射的非条件刺激（Unconditioned Stimulus, US），如吹向角膜的气流，反复配对出现。经过若干次试验后，与小脑计时机制紧密耦合的条件性眨眼反应（Conditioned Response, CR）逐渐形成。

该范式已被用于多种物种，包括人类、兔子、大鼠、小鼠、猴子、狗、青蛙、猫、雪貂、猪和羊。一些最早的演示是在人类参与者中完成的。到20世纪60年代中期，兔子成为首选模型 organism，并且正是在兔子中，研究人员首次证实小脑对条件反射至关重要。随后，关于记忆痕迹在小脑内精确位置的争论（小脑皮层 versus 深部核团）推动了该领域的深入探索。后期向大鼠和小鼠的转变，主要是由于这些物种拥有兔子或人类所不具备的强大遗传工具。

方法学上的挑战与系统评估

训练协议本身存在显著变异，主要体现在两个方面：延迟条件反射与痕迹条件反射。在延迟条件反射（本综述焦点）中，CS与US重叠，两者同时结束。而在痕迹条件反射中，CS结束和US开始之间存在一个无刺激间隔，成功的痕迹学习需要海马体等额外脑区参与以维持对CS的记忆。

另一个关键因素是刺激间隔（Interstimulus Interval, ISI），即CS开始与US开始之间的延迟。对人类和兔子的研究表明，短于100毫秒或长于1500毫秒的ISI不利于学习。此外，人类研究通常采用单次会议内较少的试验次数，而动物实验通常涉及多天的扩展训练。会议时长、试验间隔和刺激特性的变化进一步增加了可能影响学习结果的变量。

为了评估功能等效性假设是否经得起实证数据检验，研究者进行了系统的文献回顾。他们遵循PRISMA指南，最终样本涵盖了10个物种的271项研究中的484个实验，总计4452个数据点。研究最多的物种是兔子（202个实验）、人类（155个）、大鼠（74个）和小鼠（40个），其次是猴子（7个）、豚鼠（2个），以及在猪、猫、狗和羊中各有一项研究。研究者使用WebPlotDigitizer工具从已发表的图表中提取CR百分比和试验次数信息，确保了数据的可靠性与有效性。

结果：显著的物种间差异

研究设计随时间变化的趋势

不同物种的发表模式各异。较早的几十年以兔子和人类研究为主，而近年则显示出啮齿类模型，特别是小鼠研究的明显上升。这种转变可能反映了神经科学中对遗传可操控模型使用的增加。

训练协议的跨物种差异

眨眼条件反射的训练协议在物种间差异显著，尤其是在ISI、每次会议的试验次数以及训练是在单天还是多天进行方面。人类研究倾向于使用更长的ISI（通常超过500毫秒），并且通常涉及单天会议，少于100次配对试验。相比之下，啮齿类研究（尤其是小鼠和大鼠）更频繁地使用较短的ISI（250-500毫秒）和包含数百次试验的多天方案。兔子实验通常跨越数天，并包含广泛的ISI范围。

在所纳入的研究中，77%的人类实验使用的ISI长于400毫秒。对于兔子，这一数字是46%，大鼠为34%，小鼠仅为10%。此外，仅7%的人类实验采用多天设计，而92%的小鼠研究和96%的大鼠研究将训练延长至多天。

学习曲线的物种特异性

物种间的获得率差异很大。人类表现出很高的早期CR百分比——经常在最初的10次试验内——而啮齿类和兔子通常需要大量训练。然而，人类研究中的巨大变异性也揭示，有时人类表现出很少或没有学习。人类的学习，当它发生时，通常是快速的，并出现在第一个试验组块中，这表明其机制可能不同于动物中逐渐获得的机制。

啮齿类通常用多天方案训练，许多研究报告在第一天只有极少或没有CRs。相反，通常有一个逐日逐渐增加直至达到渐近性能的过程。然而，一些痕迹眨眼条件反射研究显示，当在小鼠自由奔跑的转轮上训练时，其获得更快。

兔子呈现出更一致的学习轨迹。当进行多天训练时，它们表现出可靠的CR获得，特别是当条件反射针对瞬膜反射（Nictitating Membrane Response, NMR）时——这是一个不受自愿控制的反射，被认为是对小脑依赖性学习更纯净的测量。一些兔子研究甚至显示每天仅一次试验即可学习。

猴子的获得率和可靠性介于人类和啮齿类之间。一项特别有趣的研究报告了一种反复出现的模式：猴子在每次训练会议开始时表现出强烈的学习，随后下降。

刺激间隔对学习的影响

分析揭示了ISI对CR表现的显著整体影响。ISI分组1（0-100毫秒）和3（200-300毫秒）在CR表现上差异显著，200-300毫秒范围内的CR率更高。该区间的表现也显著高于更长的ISI分组。在长于500毫秒的ISI分组间未观察到显著差异，表明性能进入平台期。这些结果表明CR表达随ISI呈非线性变化，最佳性能窗口在200-300毫秒左右。

最大CR百分比的物种比较

不同物种在第一天所能达到的最大CR百分比存在显著差异。人类达到的CR水平显著高于所有其他物种。大鼠显示的CR百分比显著高于猴子和兔子，但与小鼠无显著差异。猴子、兔子和小鼠之间未观察到显著差异。

每试验CR增长率的差异

人类显示每次试验的CR百分比增长显著大于所有其他组。小鼠 exhibited 的增长显著低于兔子和大鼠，而大鼠和兔子之间无显著差异。猴子的增长低于人类，但与其他非人物种无显著差异。

讨论：挑战与展望

本系统综述揭示了眨眼条件反射中存在巨大的物种间差异，不仅体现在获得率上，也体现在学习的一致性和结构上。最显著的发现是，人类比其他物种表现出更快速但也更易变的获得。然而，高速学习的事实因许多人类参与者根本未能获得CRs而变得复杂。人类研究中显著的个体间变异凸显了基于性能推断潜在神经事件的局限性。

人类眨眼条件反射中意志的作用仍然是一个重要关切。人类频繁眨眼，并可能自愿地对CS眨眼，这使CR的解释复杂化。尽管通过指令或反应计时分析来最小化意志反应的努力一直在进行，但区分反射性和意向性眨眼仍然困难。

相比之下，小鼠和兔子等物种表现出更缓慢、更渐进的学习曲线。小鼠通常需要数天和数百次试验才能达到高水平的CR表达，即便如此，实验室间的变异性也是巨大的。兔子呈现出更一致的学习轨迹，尤其是在针对瞬膜反射时。一些兔子研究甚至显示每天仅一次试验即可学习，强调了它们对于受控联想学习范式的适用性。

猴子在获得率和可靠性上介于人类和啮齿类之间。其CR在每次训练会议开始时最强随后下降的模式，可能反映了注意力波动或习惯化，暗示了灵长类学习动力学中可能存在皮层贡献。

ISI是一个关键决定因素。极短（<100毫秒）或极长（>1500毫秒）的ISI通常会损害动物和人类研究中的条件反射。总体而言，当ISI在～200–300毫秒时学习似乎最有效。环境变量和生理变量，如年龄、性别、遗传背景、压力和运动活动，也调节学习。

鉴于物种和训练协议之间的众多差异，结果不同并不令人惊讶。一个总体趋势是清晰的：人类倾向于更快速地获得条件反应，但变异性更大。所提出的支撑眨眼条件反射的分子机制，如长时程抑制（Long-Term Depression, LTD）、代谢型谷氨酸受体信号传导和苔状纤维侧枝生长，其运作的时间尺度比人类中常观察到的快速获得要慢。这种差异表明人类中可能启动了替代机制，或者人类研究中报告的一些条件反应并不反映真正的联想学习。

总之，眨眼条件反射仍然是研究联想学习和小脑功能的有价值工具。然而，转化解释必须考虑本综述强调的显著的物种依赖性和方法学差异。研究人员应谨慎进行跨物种推广，未来的工作应优先考虑协议标准化、提高早期试验数据报告的透明度，以及区分意志性和反射性反应的方法。