無脊椎動物の痛み

無脊椎動物が痛みを感じることができるかどうかは議論の多い問題です。痛みの定義は数多くありますが、ほとんどすべてに 2 つの重要な要素があります。まず、痛覚が必要です。これは、動物全体または体の影響を受けた部分を刺激源から遠ざける反射反応を引き起こす有害な刺激を検出する能力です。痛覚の概念は、必ずしも不快な主観的な感覚を意味するものではなく、反射的な行動です。2 つ目の要素は、「痛み」または苦しみの経験自体、つまり、痛覚経験の内部的、感情的解釈です。したがって、痛みは個人的な感情的な経験です。他の動物(他の人間を含む) の痛みを直接測定することはできません。痛みと思われる刺激に対する反応は測定できますが、経験自体は測定できません。他の種の痛みを経験する能力を評価する際にこの問題に対処するために、類推による議論が使用されます。これは、刺激に対する非人間動物の反応が人間の反応と似ている場合、類似した経験をしている可能性が高いという原理に基づいています。チンパンジーの指にピンが刺さってすぐに手を引っ込めた場合、類推により、人間と同様に痛みを感じたと推測されます。では、ゴキブリがピンで刺されて身もだえるときに痛みを感じるという推論がなぜ成り立たないのか、疑問視されてきました。^[1]無脊椎動物の痛みの概念に対するこの類推アプローチは、他の動物にも採用されています。^[2]

痛覚を経験する能力は自然淘汰の対象であり、生物へのさらなる害を減らすという利点がある。したがって、痛覚は広くかつ強力であると予想されるが、痛覚は種によって異なる。例えば、化学物質カプサイシンは、哺乳類の実験では一般的に有害刺激として使用される。しかし、アフリカハダカデバネズミ（Heterocephalus glaber ）は、皮膚感覚線維に疼痛関連神経ペプチド（例えば、サブスタンスP ）を欠く珍しい齧歯類種であり、酸やカプサイシンに対する疼痛関連行動が独特かつ顕著に欠如している。^[3]同様に、カプサイシンは一部の無脊椎動物の痛覚受容器を刺激するが、 ^{[4] [5]この物質は}キイロショウジョウバエ（一般的なショウジョウバエ）には有害ではない。 ^[6] 疼痛を経験する可能性があることを示す基準には以下が含まれる：^[7]

1. 適切な神経系と受容体を持つ
2. 有害刺激に対する生理学的変化
3. 足を引きずる、こする、つかむ、自切するなど、患部の使用を減らすことを含む保護的な運動反応を示す。
4. オピオイド受容体を持ち、鎮痛剤や局所麻酔剤を投与されると有害刺激に対する反応が減少する
5. 刺激回避と他の動機づけ要件との間のトレードオフを示す
6. 回避学習を示す
7. 高い認知能力を発揮する

脳の大きさは必ずしも機能の複雑さと一致するわけではない。^[8]さらに、体重当たりの重量で見ると、頭足動物の脳は脊椎動物の脳と同じ大きさの範囲にあり、鳥類や哺乳類よりも小さいが、ほとんどの魚類の脳と同等かそれ以上の大きさである。^{[9] [10]}

無脊椎動物の神経系は脊椎動物の神経系とは非常に異なっており、この相違点が無脊椎動物の痛みの経験の可能性を否定する根拠として使われることがある。人間の場合、脳の大脳新皮質が痛みにおいて中心的な役割を果たしており、この構造を欠く種は痛みを感じることができないと主張されてきた。^{[12]しかし、例えば十脚類の}甲殻類は人間の視覚皮質を欠いているにもかかわらず視覚を持っているのと同じように、他の動物の痛みの経験には異なる構造が関与している可能性がある。^[13]

無脊椎動物の2つのグループが、顕著に複雑な脳を持っています。節足動物（昆虫、甲殻類、クモ類など）と現代の頭足動物（タコ、イカ、コウイカ）およびその他の軟体動物です。^[14]節足動物と頭足動物の脳は、動物の体全体に伸びる2本の平行な神経索から発生します。節足動物は、3つの部分に分かれた中央脳と、視覚処理のための各目の後ろの大きな視葉を持っています。 ^[14]特に現代の頭足動物の脳は高度に発達しており、複雑さの点で一部の脊椎動物の脳に匹敵します（無脊椎動物の脳も参照）。新たな結果は、収斂進化のプロセスによって、これらの無脊椎動物で脊椎動物のような神経組織と活動依存の長期シナプス可塑性が選択されたことを示唆しています。^[15]頭足動物は、他の無脊椎動物とは異なり、脊椎動物と主要な電気生理学的および神経解剖学的特徴を共有する中枢神経系を持っていることで際立っています。 ^[16]

侵害受容器は、脳に神経信号を送ることで潜在的に有害な刺激に反応する感覚受容器である。無脊椎動物のこれらのニューロンは、哺乳類の侵害受容器とは異なる経路と中枢神経系との関係を持っている可能性があるが、無脊椎動物の侵害受容ニューロンは、高温（40  °C 以上）、低 pH、カプサイシン、組織損傷など、哺乳類と同様の刺激に反応して発火することが多い。侵害受容細胞が特定された最初の無脊椎動物は、環形動物の特徴的な分節体を持つ薬用ヒル、Hirudo medicinalisであり、各分節には T（触覚）、P（圧力）、N（有害）細胞を含む神経節がある。^[17]その後、ヒルニューロンの機械的、化学的、熱的刺激に対する反応に関する研究が進み、研究者は「これらの特性は哺乳類の多様式侵害受容器に典型的である」と記すに至った。^[4]

アメフラシの侵害受容器を用いた学習と記憶に関する研究は数多く行われてきた。^{[18] [19] [20]}これらの多くは、管腔を支配し、腹部神経節（LE細胞）に細胞体（球状端）を持つ機械感覚ニューロンに焦点を当てている。これらのLE細胞は、圧力の上昇に対して放電が増加し、組織損傷を引き起こす圧迫または引き裂き刺激によって最大限に活性化される。したがって、これらは侵害受容器の一般的な定義を満たしている。これらはまた、脊椎動物のAδ侵害受容器との類似性を示し、侵害受容器に特有の（一次求心性神経の中で）特性、すなわち、侵害刺激による感作が含まれる。管腔をつまむか固定すると、LE細胞の発火閾値が低下し、細胞体の興奮性が高まった。^[21]

痛覚受容器は環形動物、軟体動物、線虫、節足動物を含む広範囲の無脊椎動物種で確認されている。^{[22] [23]}

脊椎動物では、潜在的に痛みを伴う刺激は、典型的には、頻脈、瞳孔拡張、排便、細動脈血ガス、体液および電解質の不均衡、血流、呼吸パターン、および内分泌排泄の変化などの自律神経系の変化を引き起こします。^[24]

細胞レベルでは、無脊椎動物の傷害や創傷は、手術を受けたり負傷した後の人間の患者の反応とほぼ同じように、血球（防御細胞）の指向性移動と蓄積、および神経可塑性につながります。 ^{[25] [26]ある研究では、ザリガニ}（Procambarus clarkii）の心拍数は、攻撃的な遭遇中に爪が自切された後に減少しました。 ^[27]

無脊椎動物が有害な刺激に反応して示す生理学的変化を記録することは、行動観察の知見を強化することになり、そのような研究は奨励されるべきである。しかし、生理学的変化は有害ではあるが痛みとは関係のない事象によっても起こる可能性があるため、慎重な管理が必要である。例えば、甲殻類の心臓や呼吸の活動は非常に敏感で、水位の変化、さまざまな化学物質、攻撃的な遭遇時の活動に反応する。^[28]

無脊椎動物は、痛みを伴うと推定される刺激に対して、さまざまな防御反応を示します。ただし、単細胞動物であっても、たとえば極端な温度に対しては防御反応を示します。無脊椎動物の防御反応の多くは定型的で反射的な行動に見え、おそらく痛みというよりも侵害受容反応を示していますが、他の反応はより柔軟で、特に他の動機付けシステムと競合する場合 (以下のセクションを参照)、脊椎動物のものと類似した痛み反応を示しています。

扁形動物のNotoplana aticola は、単純な逃避反射ではなく、後端をピンで刺した後に運動する逃避行動を示す。^[29]ショウジョウバエの幼虫にプローブで触れると、幼虫は立ち止まり、刺激から離れるが、より強い機械的刺激はより複雑なコルク抜きのような回転行動を引き起こす、すなわち、反応は可塑的である。^[30]ウミウサギAplysia californicaの水管に弱い触覚刺激を与えると、動物は水管をパラポディアの間に素早く引っ込める。^{[21] [31] [32]}この反応は不随意反射であると主張されることがある（例えば、Aplysia の鰓と水管逃避反射を参照）が、この反応に関連する複雑な学習（下記の「学習された回避」を参照）を考えると、この見解は過度に単純化されている可能性がある。

2001年、ウォルターズとその同僚は、タバコスズメガの幼虫（Manduca sexta）の機械的刺激に対する逃避反応を記述した報告書を発表しました。^[33]これらの反応、特にその可塑性は、脊椎動物の逃避反応と驚くほど類似していました。

200種以上の無脊椎動物は、回避行動や防御行動として自切（自己切断）を行うことができます^{[34] [35]}。

• 陸生ナメクジ（プロフィサオン）^[36]
• ウミカタツムリ（Oxynoe panamensis）^[37]
• コオロギ^[38]
• クモ^[39]
• カニ^[40]
• ロブスター^[35]
• タコ^[35]

これらの動物は、生存に必要な場合、自発的に手足を切断することができます。自切は、化学的、熱的、電気的刺激に反応して起こることもありますが、おそらく最もよくあるのは、捕食者に捕らえられたときの機械的刺激に対する反応です。自切は、逃げる可能性を高めるため、または刺された後に化学毒素が広がるなど、動物の残りの部分に生じるさらなる損傷を軽減するために行われますが、手足や体の一部を切断するという「決断」と、それに伴う多大なコストは、単なる侵害受容反射ではなく、痛みに対する反応を示唆しています。

加熱されたプローブ（»42 °Cまたは108 °F）は、ショウジョウバエの幼虫に、わずか0.4 秒で複雑なコルク抜きのような回転回避行動を引き起こします。加熱されていないプローブではこの回避行動は引き起こされません。^[30]対照的に、冷たい刺激（≤14  °Cまたは57.2  °F）は、主に頭から尾までの軸に沿った両側の全身収縮を引き起こします。幼虫は頭や尾を持ち上げることによって反応することもあります。これらの反応は温度が下がるにつれて頻度が低くなります。^{[41] [42]}陸生のカタツムリは、ホットプレート（»40 °Cまたは104 °F）に置かれると、伸ばした足の前部 を持ち上げるという回避反応を示します。 ^{[43] [44]} 2015年の研究では、ザリガニ（Procambarus clarkii）は高温には悪影響を及ぼしますが、低温には影響を及ぼさないことがわかりました。^[45]

甲殻類は、酸に対して痛覚や痛みを示す反応を示すことが知られている。^[46]エビPalaemon elegans は、刺激物である酢酸や水酸化ナトリウムで触角を処理すると、防御的な運動反応を示す。^[47]エビは特に処理した触角をグルーミングし、水槽にこすりつける。これは、刺激に対する一般的な反応を示すのではなく、体の有害刺激の位置を認識していることを示す。一般的な海岸ガニであるCarcinus maenasでは、酢酸は口器の動き、爪でこすりつけること、囲いから逃げようとする試みの増加など、いくつかの行動変化を引き起こす。^[48]

自然環境下では、コガネグモ（Argiope spp.）はスズメバチやミツバチに足を刺されると自切（自ら足を切断する）する。実験条件下では、クモの足にハチやスズメバチの毒を注入すると、クモはこの付属肢を脱ぎ捨てる。しかし、生理食塩水のみを注入した場合、クモが足の自切を起こすことはほとんどなく、これは、自切を引き起こすのは物理的な損傷や体液の侵入そのものではないことを示している。注入された人間に痛みを感じさせる毒成分（セロトニン、ヒスタミン、ホスホリパーゼA2、メリチン）を注入されたクモは足の自切を起こすが、注入された毒成分が人間に痛みを感じさせないものであれば、自切は起こらない。^[49]

キイロショウジョウバエの幼虫は酸^[50]やメントール^[51]に対して、高温や機械的刺激に対する反応と同じ定型的な痛覚転がり反応を示す。^[52]親電子性化学物質アリルイソチオシアネートは幼虫に痛覚感作を引き起こす。^[53]成虫はメントール、^[54] AITC、^[55] カプサイシン、^[56]および他の多くの化学物質を嫌悪感作物質と感じ、口吻伸展反射と産卵場所の好みの両方に影響を与える。

酸は線虫Caenorhabditis elegansや薬用ヒルとして知られるHirudo medicinalis^{の痛覚受容器を活性化させることも知られています。 [57] [58] [59]}

ウミウシの一種Tritonia diomediaは、胸膜神経節に位置する感覚細胞群「S細胞」を持っており、電気ショックで刺激されると逃避泳を開始する。^[23]同様に、シャコの一種 Squilla mantisは、強い尻尾を振る逃避反応で電気ショックを回避する。^[60]これらの反応はどちらもかなり固定的で反射的であるように思われるが、他の研究では、さまざまな無脊椎動物が電気ショックに対してかなり可塑的な反応を示すことが示されている。

ヤドカリは体が柔らかいため、生存のために殻に依存していますが、殻の中で小さな電気ショックを与えると、殻から脱出します。しかし、この反応は殻の魅力によって左右されます。ヤドカリに高電圧のショックを与えた場合にのみ、好まれる殻から脱出します。これは、これが単純な反射行動ではないことを示しています。^[13]

学習とアメフラシの鰓と管腔収縮反射に関する研究では、アメフラシは鰓が基準レベル以下に弛緩するたびに管腔に電気ショックを受けた。^[61] アメフラシは鰓を基準レベル以上に収縮させたままにすることを学習したが、これは、反応が痛覚経験によるものであるとすれば、ありそうもない結果である。

ショウジョウバエは、無脊椎動物の痛覚と痛みの研究で広く取り上げられています。1974 年以来、これらのショウジョウバエは、匂いと電気ショックを連続して提示する訓練 (匂いショック訓練) を受けることができ、その後、匂いが「悪い」ことを予感させるため、匂いを避けるようになることが知られています。^{[ 63] [64]}この種の幼虫にも同様の反応が見られます。^[65]興味深い研究で、^[66] ショウジョウバエは「トラウマ」体験に関する 2 種類の予感を学びました。訓練中に匂いが電気ショックの前に現れた場合、それはショックを予感させ、ショウジョウバエはその後それを避けました。訓練中の一連の出来事が逆になった場合、つまり匂いがショックの後に現れた場合、匂いはショックからの解放を予感させ、ショウジョウバエはそれに近づきました。著者らは、この後者の効果を「解放」学習と名付けました。

多くの無脊椎動物種は、条件刺激が以前に電気ショックと組み合わされている場合、その条件刺激に応じて行動を変えたり、撤退したりすることを学びます（シャーウィン^[1]が引用）。これには、カタツムリ、ヒル、イナゴ、ミツバチ、さまざまな海洋軟体動物が含まれます。

防御行動や運動行動の研究に脊椎動物種が使用され、上記と同様の反応を示した場合、通常、学習プロセスは動物が電気ショックなどの刺激から痛みや不快感を経験することに基づいていると想定されます。類推による議論では、無脊椎動物でも同様の体験が起こることが示唆されています。

脊椎動物では、オピオイドは痛覚を調節し、ナロキソンやCTOPなどのオピオイド受容体拮抗薬はこの効果を逆転させる。したがって、無脊椎動物でもオピオイドが脊椎動物と同様の効果を持つのであれば、防御反応を遅らせたり軽減したりし、オピオイド拮抗薬はこれに対抗するはずである。軟体動物と昆虫にはオピオイド結合部位またはオピオイド全般に対する感受性があることがわかっている。確かに、脊椎動物の疼痛反応に関与する神経ペプチドが無脊椎動物で見つかる例は数多くある。たとえば、扁形動物、軟体動物、環形動物、甲殻類、昆虫ではエンドルフィンが見つかっている。 ^{[1] [67]}鎮痛以外にも、外因性オピオイドには摂食行動や免疫細胞の活性化に特に関与する効果がある。^[68]これらの後者の機能は、極めて単純な無脊椎動物や単細胞動物におけるオピオイドとオピオイド受容体の存在を説明できるかもしれない。

線虫は極端な温度を避ける。^{[5]モルヒネは寄生虫で}ある回虫のこの防御反応の潜伏期間を延長させる。^[69]線虫Caenorhabditis elegansにおけるオピオイドの効果に関する研究では、未治療群の 76% が熱に対する急速な反射的逃避行動を示したのに対し、モルヒネ、エンドモルフィン 1、エンドモルフィン 2 を投与された線虫ではそれぞれ 47%、36%、39% が逃避行動を示した。これらの効果はオピオイド受容体拮抗薬のナロキソンと CTOP で逆転したため、著者らは線虫の熱防御行動はオピオイドによって調節されていると結論付けた。^[70]

ナメクジやカタツムリはオピオイド受容体システムを持っている。^{[71] [72]}様々な陸生カタツムリの実験では、モルヒネは、熱い（40℃）表面に置かれたカタツムリが足を上げる反応の潜時を延長させた。^[44]モルヒネの鎮痛効果は、人間や他の脊椎動物で見られるように、ナロキソンによって消失した。モルヒネに対する慣れもあった。4日間モルヒネを投与されたカタツムリは、痛みに対する感受性のテストで対照群と差がなく、鎮痛効果はより高い用量でのみ達成された。

無脊椎動物が痛覚や痛みを感じる能力があるという証拠は、甲殻類で広く研究されてきた。^[28]カニの一種 Neohelice granulata ^{[注 1]}では、甲羅の小さな穴から電気ショックを与えると、防御的な威嚇行動が引き起こされた。モルヒネを注射すると、用量依存的にカニのショックに対する感受性が低下し、モルヒネ注射からショックまでの時間が長くなるにつれて効果は低下した。ナロキソン注射は、脊椎動物の場合と同様に、モルヒネの効果を抑制した。^[74]モルヒネはシャコSquilla mantisの電気ショックに対する逃避的尾振り反応にも抑制効果があったが、これはナロキソンによって反転したことから、十脚類以外の甲殻類にもこの効果が見られることがわかった。^[60]刺激物である酢酸や水酸化ナトリウムをイシエビ（Penaeus monodon）の触角に塗布したところ、塗布した部位のこすりつけや毛づくろいが増加した。これは、以前に局所麻酔薬であるベンゾカインを塗布した場合には見られなかったが、ベンゾカインはピンセットによる機械的刺激に対するこすりつけ行動のレベルをなくすことはなかった。ベンゾカインはエビの全般的な運動には影響を及ぼさなかったため、こすりつけや毛づくろい行動の減少は、単に動物の活動低下によるものではなかった。^[47]別の局所麻酔薬であるキシロカインは、メスのバナメイエビ（Litopenaeus vannamei）の眼柄切除のストレスを軽減し、摂食や遊泳のレベルがそれを示した。^[75]

これらの研究結果を甲殻類で再現することは必ずしも可能ではなかった。ある研究^{[76]では、}ルイジアナレッドスワンプクレイフィッシュ、ホワイトシュリンプ、グラスシュリンプの3種の十脚類甲殻類の触角に水酸化ナトリウム、塩酸、またはベンゾカインを塗布して痛覚行動を検査した。対照群と比較して、これら3種の行動に変化は見られなかった。動物は塗布した触角をグルーミングせず、塗布した個体と対照群の動きに違いはなかった。ルイジアナレッドスワンプクレイフィッシュの触角神経の細胞外記録では、継続的な自発活動が明らかになったが、水酸化ナトリウムまたは塩酸の塗布によって確実に興奮するニューロンは見られなかった。著者らは、触角にpHに反応する特殊な痛覚受容器が含まれているという行動的または生理学的証拠はない、と結論付けた。研究間で結果が異なるのは、極端な pH に対する反応が種によって一貫して引き起こされないためである可能性があるとも言える。

モルヒネの鎮痛効果は、動物、少なくとも甲殻類が痛みを感じる能力の基準として使用すべきではないと主張されてきた。ある研究では、海岸ガニ、Carcinus maenas は、好みの暗いシェルターで電気ショックを受けたが、好みでない明るいエリアに留まった場合はショックを受けなかった。モルヒネによる鎮痛は、カニが電気ショックによる「痛み」を感じなかったため、好みの暗いエリアへの移動を促進するはずであった。しかし、モルヒネは、ショックを与えなかった場合でも、この動きを促進するのではなく抑制した。モルヒネは、特定の鎮痛効果ではなく、一般的な無反応効果を生み出したが、これは鎮痛を主張した以前の研究を説明できる。しかし、研究者は、エンケファリンやステロイドシステムなどの他のシステムが甲殻類による痛みの調節に使用されている可能性があり、特定の生理学的および形態学的特徴ではなく行動反応を考慮すべきであると主張した。^[77]

モルヒネはコオロギがホットプレートの加熱面上に留まる時間を延長する。 ^{[79] [80]}ある研究では、ショウジョウバエは慢性的な痛みを感じる可能性があることが判明している。^[81]一部の昆虫は傷口の手入れをしているのが観察されている。^{[82] [83]}

2022年のレビューでは、2つの目（ゴキブリとシロアリ、ハエと蚊）の成虫の昆虫に痛みの強力な証拠が見つかり、さらに3つの目（膜翅目：ハバチ、スズメバチ、ハチ、アリ、チョウ目：蛾と蝶、直翅目：バッタ、コオロギ、カブトムシ、イナゴ）の成虫と一部の幼虫に痛みの実質的な証拠が見つかりました。著者らは、特に幼虫に関して重大な証拠のギャップを特定し、昆虫の痛みについてさらに研究を行う必要があることを指摘しました。これらの調査結果に基づいて、著者らは昆虫の養殖や害虫駆除などの人間の活動の福祉への影響についても検討しました。^[84]

これは、動物が痛覚だけでなく痛みを経験する能力を持っているかどうかを評価する上で特に重要な基準です。痛覚反応には意識や高次神経処理は必要ないため、比較的固定された反射的な行動になります。しかし、痛みの経験には高次神経中枢が関与し、動物に関連する他の要因、つまり競合する動機も考慮されます。つまり、動物が考慮すべき競合要因がある場合、痛みの経験に対する反応は、痛覚反応よりも可塑性が高い可能性が高いということです。

ベルファスト女王大学のロバート・エルウッドとミリアム・アペルは、有害な刺激に対する反応が反射的ではなく、他の動機づけ要件とトレードオフされ、経験が記憶され、将来その状況が回避される場合、痛みが推測される可能性があると主張している。彼らは、殻の中でヤドカリに小さな電気ショックを与えることでこれを調査した。ショックを与えられたカニだけが殻から脱出したことから刺激の嫌悪的性質が示されたが、好みの種類の殻から脱出したカニは少なく、動機づけのトレードオフが示された。^[13]しかし、ほとんどのカニは使用されたショックレベルでは脱出しなかったが、ショックを受けたカニにその後新しい殻が提供されると、新しい殻に近づいて入る可能性が高くなった。彼らは新しい殻にもっと素早く近づき、より短い時間で調査し、中に入る前に開口部内でより少ないハミ状の探針を使用した。これは、電気ショックの経験が、以前使用していた殻に代わる新しい殻を手に入れようとする動機の顕著な変化と一致する形で将来の行動を変えたことを証明している。

有害な刺激を避けることを学習するということは、動物が以前の刺激の経験を記憶し、将来的に潜在的な損傷を回避または軽減するために適切な行動をとることを意味します。したがって、このタイプの反応は、侵害受容回避の固定された反射的な行動ではありません。

慣れと感作は、単純ですが広く普及している 2 つの学習形式です。慣れとは、刺激に繰り返しさらされると反応が減少する非連合学習の一種を指します。感作は、刺激を繰り返し与えると反応が徐々に増大する別の学習形式です。

アメフラシの皮膚に触覚刺激を与えると、この動物は鰓管と鰓をパラポディアの間に引っ込める。この防御的な引っ込めはアメフラシの鰓管と鰓の引っ込め反射として知られ、学習行動に関する多くの研究の対象となっている。^{[32] [85] [86]}一般的に、これらの研究は弱い触覚刺激のみを対象としており、したがって無脊椎動物が痛覚を経験できるかどうかという問題との関連性が高いが、いくつかの研究^[61]では電気ショックを用いてこの反応を調べた（「電気刺激」および「オペラント条件付け」のセクションを参照）。

回避学習は、カニのNeohelice granulataで、動物を二重チャンバー装置の暗い区画に入れ、明るい区画に向かって移動させることによって調べられました。^[88]実験カニは明るい区画でショックを受けましたが、対照群は受けませんでした。1分後、実験カニと対照群のカニは両方とも暗い区画に自由に戻ることができました。学習された結果は、刺激に対するより速い逃避反応ではなく、むしろ明るい区画に再び入らないことでした。1回の試行で、光とショックの関連性を確立するのに十分であり、それは3時間後まで検出されました。^[89]

ザリガニ（Procambarus clarkia）の研究では、光の点灯と10秒後に与えられるショックを関連付けることを学習したことが実証された。ザリガニはショックが与えられない安全な場所まで歩いて対応することを学習した。^[90]しかし、これはザリガニがショックを避けるために後退できる場所を向いている場合にのみ発生した。安全領域から背を向けていた場合、ザリガニは歩かず、ショックに対して尻尾をフリックして逃避反応を示した。光とショックを繰り返し組み合わせたにもかかわらず、動物は光に反応して尻尾をフリックしてショックを回避することを学習しなかった。興味深いことに、安全領域から背を向けているときにショックを経験した動物を、その後安全領域に面してテストしたところ、光が始まると非常に迅速にショックを回避したことが示された。したがって、哺乳類の潜在学習と同様に、以前はショックを回避するためにそれを使用していなかったにもかかわらず、関連付けを学習したようであった。これらの研究は、十脚類が痛覚ではなく痛みの経験に関するいくつかの基準を満たす 能力を持っていることを示しています。

ミツバチは新しい匂いを学習するときに口吻を伸ばす。この反応に関するある研究では、ミツバチは2つの匂いを区別することを学んだが、そのうちの1つの匂いが電気ショックと組み合わされたときに口吻を伸ばす反応を抑制することを学んだ。^[91]これは、その感覚がミツバチにとって嫌悪感であったことを示しているが、反応は単なる反射的ではなく可塑的であり、痛覚ではなく痛みを示している。

脊椎動物を用いたオペラント研究は長年行われてきました。このような研究では、動物は環境の一部を操作または変更して、正の強化を得たり罰の回避を図ります。このようにして、動物は自分の行動の結果から学習します。つまり、動物は内部予測子を使用します。オペラント反応は自発的な行為を示します。動物は反応の頻度や強度を制御します。これは、反射や複雑な固定行動パターンとは区別されます。多くの研究により、脊椎動物と無脊椎動物には、オペラント反応を使用して正の強化を得る能力^[92]だけでなく、脊椎動物では「痛み」と表現される正の罰を回避する能力において驚くべき類似点があることが明らかになっています。

カタツムリはマニピュランダムを操作して脳の一部を電気的に自己刺激することが示されている。バラバンとマクシモワ^{[93]は、カタツムリ（} Helix sp.）の脳の2つの領域に細いワイヤ電極を外科的に埋め込んだ。脳の電気刺激を受けるために、カタツムリはロッドの端を変位させる必要があった。ロッドを押すことで中大脳（性活動に関与する）に自己刺激が与えられた場合、カタツムリはマニピュランダムを操作する頻度をベースラインの自発的操作頻度と比較して増加させた。しかし、刺激が頭頂神経節に与えられた場合、カタツムリはロッドに触れる頻度をベースラインの自発的操作頻度と比較して減少させた。これらの押す回数の増減は、脊椎動物に見られる典型的な正の強化反応と罰反応である。

痛みを伴う刺激に対する鰓と管状突起の収縮反応を調べるため、アメフラシをペアにして試験した。最初の訓練期間中、実験動物は鰓が基準レベル以下に弛緩するたびに管状突起の電気ショックを受け、くびきをかけた対照動物は鰓の位置に関係なく実験動物が弛緩するたびに電気ショックを受けた。実験動物は各期間中、対照動物よりも鰓が基準レベル以上に収縮した状態を長く過ごし、オペラント条件付けが示された。^[61]

ハエが制御するヒートボックスは、いくつかのショウジョウバエの研究でオペラント条件付けを研究するために設計されました。^{[94] [95] [96]}ハエが小さな暗いチャンバーの指定された半分に入るたびに、その空間全体が加熱されます。動物が罰せられた半分から離れるとすぐに、チャンバーの温度は通常に戻ります。数分後、動物は加熱がオフになっていても、チャンバーの半分でしか動きません。

オペラント条件付けの調査には、ショウジョウバエの飛行シミュレータが使われてきました。^{[97]ハエは、飛行試行の}ヨートルクを測定し、パノラマの動きを安定させる装置につながれています。装置は、これらの試行に基づいてハエの方向を制御します。ハエがパノラマの特定の領域に「飛んだ」場合に熱ビームを照射するように装置を設定すると、ハエは周囲のパノラマに関連して特定の飛行方向を好み、回避することを学びました。ハエは熱を受ける領域を「回避」しました。

これらの実験は、ショウジョウバエがオペラント行動を使用して有害な刺激を回避することを学習できることを示しています。ただし、これらの反応は単純な反射行動ではなく、可塑性があり複雑な行動であり、単なる痛覚ではなく痛みの経験と一致しています。

痛みを感じるのに高い認知能力は必要ではないとも言えるでしょう。そうでなければ、認知能力が低い人間は痛みを感じる可能性が低いとも言えるでしょう。しかし、痛みの定義のほとんどは、ある程度の認知能力を示しています。上で説明した学習行動やオペラント行動のいくつかは、無脊椎動物が高い認知能力を持っていることを示しています。その他の例には以下が含まれます。

• ミツバチの尻振りダンスにおける社会的情報伝達。
• クモによるイディオセティックな方向づけ、つまりクモは以前の動きに関する情報を記憶する。^[98]
• クモが最も直接的なルートではなく、目的地への遠回りのルートを選択する迂回行動は、行動とルート計画の柔軟性、そしておそらく洞察学習を示しています。^[1]
• ミツバチ（Apis mellifera）における概念化。^[99]
• ハキリアリ（ Atta colombica）の問題解決。^[100]
• 黄色いミールワームビートル（Tenebrio molitor）^{[101]とミツバチ[102]の}数的思考力。

チャールズ・ダーウィンはミミズに興味を持ち、「ミミズがどの程度意識的に行動し、どの程度の精神力を発揮するか」を研究した。^{[103] [104]} 『ミミズの行動による植物性腐植の形成』で、ダーウィンはミミズが巣穴をふさいでいるときの複雑な行動について記述した。彼は、ミミズは「物体や巣穴の形状について、どんなに大まかでも何らかの概念を獲得する力を持っている」ようであり、もしそうだとすれば「彼らは知性があると言える。なぜなら、彼らは同じような状況下で人間が行うのとほぼ同じように行動するからだ」と示唆した。^[103]

ドナルド・グリフィンの 1984 年の著書『動物の思考』は、無脊椎動物の行動は複雑で、知的で、ある程度は一般的であるという考えを擁護している。グリフィンは、 WS ブリストウの 1976 年の著書『蜘蛛の世界』で、蜘蛛が新しい状況に適応的に反応する様子を詳細に示している例を指摘している。たとえば、蜘蛛は、実験者が目の前に持ってきたハエを食べることができ、巣に捕らえられた昆虫に向かって移動するという通常の手順を省略できる。蜘蛛は巣の形状を異常な状況に適応させる可能性があり、これは巣が固定されたテンプレートで構築されているだけではないことを示唆している。グリフィンはまた、中枢神経系が「直径 1 ミリメートル未満」のハキリアリについて考察し、「このような小さな中枢神経系に格納されている遺伝的指示は、これらのアリの 1 匹が実行する詳細な運動行動のすべてを規定できるのか。それとも、DNA が単純な一般化の発達をプログラムしていると考える方が妥当なのか [...]」と問うている^[105]。

他の例では、無脊椎動物はもっと「愚かな」、事前にプログラムされた行動を示す。ダーウィン自身も、アリ、スフェックス、ハチの例を挙げている。^[103] ディーン・ウッドリッジは、スフェックスバチが麻痺したコオロギを巣穴に運び、巣穴の中に入って調べ、戻ってきてコオロギを中に入れる様子を描写した。スフェックスバチが最初の調査をしている間にコオロギが少し動かされると、巣穴から戻ったスフェックスバチは​​コオロギを正しい位置に戻し、直前にすでに調べた巣穴を再度調べる。コオロギが再び動かされると、このルーチンがもう一度繰り返される。このプロセスは、40回連続で繰り返された。^[106]この例に基づいて、ダグラス・ホフスタッターは「スフェックス風」という用語を、決定論的または事前にプログラムされたという意味で作った。^[107]

社会的な行動は、ゴキブリ、シロアリ、アブラムシ、アザミウマ、アリ、ハチ、クロツヤムシ科、ダニ、クモなど、無脊椎動物に広く見られます。^{[108]社会的相互作用は}真社会性種で特に顕著ですが、他の無脊椎動物にも当てはまります。

ジェフリー・A・ロックウッドは、以前の著者を引用して、他者の心がどのように機能するかを認識することは、社会的相互作用の重要な要件である可能性があると主張している。社会的行動は、昆虫が他の昆虫によって伝えられる情報を認識できることを示しており、これは昆虫が自己認識も持っている可能性があることを示唆している。ロックウッドは次のように主張している。「感覚メカニズムを通じて昆虫が環境、他の昆虫、同種の昆虫のニーズを認識しているが、神経のブロックにより、同じ昆虫が自分自身に関する感覚入力を選択的に無意識であると主張するのは、むしろ信じがたい。」^[109]

英国では1993年から2012年まで、マダコ（Octopus vulgaris）は1986年の動物（科学的処置）法で保護されている唯一の無脊椎動物でした。^[110] 2012年に、この法律はすべての頭足動物に拡大されました。 [ ^{111]これは、} EUの一般指令に従っており、「頭足動物が痛み、苦しみ、苦痛、永続的な危害を経験する能力について科学的証拠がある」とされています。^[112]

2021年に4,446人のアメリカ人を対象に実施された代表的な世論調査では、アメリカ人の65%がミツバチは痛みを感じることができると信じており、56%がアリは痛みを感じることができると信じていることがわかった。^[113] 英国で実施された同様の世論調査（n=1963）でも同様に、「参加者の大多数が、ロブスター（83.03  %）、タコ（80.65  %）、カニ（78.09  %）は痛みを感じることができることに同意した」ことがわかった。また、大多数は「ミツバチ（73.09  %）、エビ（62.20  %）、イモムシ（58.06  %）、ハエ（54.23  %）は痛みを感じることができる」と考えていた。^[114]

• Crook, RJ; Walters, ET (2011). 「軟体動物の痛覚行動と生理学：動物福祉への影響」. ILAR ジャーナル. 52 (2): 185– 195. doi : 10.1093/ilar.52.2.185 . PMID  21709311.
• Crook, RJ (2013). 「研究における無脊椎動物の福祉：次世代の科学者は彼らの運命を改善できるか？」(PDF) . Journal of Postdoctoral Research . 1 (2): 1– 20.^{[リンク切れ‍ ]}
• ホーバス、K;アンジェレッティ、D;ナセッティ、G;カエレ、C (2013)。 「無脊椎動物の福祉：見落とされている問題」。Annali dell'Istituto Superiore di Sanità。49 (1): 9–17 .土井:10.4415/ANN_13_01_04。PMID  23535125。2016-06-01 のオリジナルからアーカイブ。2014 年 1 月 21 日に取得。