新闻来源: Caltech

 

成年雄性小鼠有一套简单的先天，或者说本能的社会行为：当他遇到雌性小鼠时会试图与之交配，遇到雄性小鼠时则会发起攻击。它们不需要学习就会做出这些行为。这使神经学家们普遍认为大脑中控制这些行为的脑回路是”先天固定的”，也就是说这些行为属于基因自带，几乎不可调整。

 

但加州理工学院的神经学家最新开展的研究结果表明，这些行为和控制这些行为的神经元可能并非像之前认为的固定不变。

 

研究工作由大卫•安德森（David Anderson）领导，相关成果发表在了10月19日的《自然》杂志上。大卫•安德森是加州理工学院生物学教授、陈天桥和雒芊芊脑科学研究学院院长、霍华德·休斯医学研究所研究员，以及陈天桥和雒芊芊脑科学研究学院董事。

 

研究团队使用经过基因工程改造的小鼠，其大脑中控制攻击和性行为的特定区域，即下丘脑腹内侧区的神经元在激活时会发出绿光。为了观察激活过程，研究人员将针尖一样细的玻璃镜片插入下丘脑内，小鼠头上佩戴的小型便携式显微镜可以将闪光的神经元记录下来。这一大脑成像技术最初由安德森在斯坦福大学的合作伙伴马克•史尼特（Mark Schinitzer）开发，由神经技术公司     Inscopix进行商业推广。

 

加州理工学院的研究团队对小鼠 (“常住居民”) 如何对”外来者”反应的社会行为进行了测试。他们主要观察当一只社交和性经验都非常丰富的”常住居民”遇到一只外来雄性或雌性小鼠时的大脑活动。研究人员发现，如果这只小鼠遇到的是雄性，他的下丘脑中的一组神经元会被激活；如果他遇到的是雌性，被激活的则是另外一组神经元。虽然这些神经元存在于同一脑区，但相互之间几乎没有重叠，就像撒在盘子上的盐粒和胡椒粒一样。

 

科学家们只需要通过观察这两组神经元组的激活情况，就可以准确地推断出这只小鼠遇到的是雄性还是雌性。这些实验结果似乎也支持了以往为人所知的观点，即小鼠面对雌雄两性的行为是与生俱来的，受两组不同的神经元控制。

 

为了进一步地验证这个想法，研究人员也研究了零社交经验的小鼠，即从断奶后就生活在隔离环境中，没有任何社交和性经验的小鼠。如果对同性和异性小鼠的区别对待是与生俱来的，那么研究人员应该发现即使在初次接触到其他雄性和雌性外来者时，这些零经验的小鼠的大脑中也应该激活两组不同的神经元。

 

令人惊讶的是，观察结果恰恰相反。这些零经验小鼠的神经元无论第一次是遇到雄性还是雌性，被激活的神经元十分相似，而且这些小鼠最初几乎没有显示出（与雄性）打架或（与雌性）交配的行为。只有当它们反复地增加社交经验，即连续三天，每天至少接触五次雄性或雌性，每次接触两分钟以后，针对雄性或雌性产生不同反应的神经元组才会显现。神经元的分组反应也恰好发生在小鼠学会对雄性发起攻击，与雌性发生交配的行为时候。

 

进一步的研究表明，与雌性交往可能是雄性小鼠发育出能区分性别的神经元组及产生攻击行为的关键条件。研究小组发现，零经验小鼠只要与雌性短短地交往30分钟就足以让他在24小时后对雄性小鼠表现出攻击行为，并导致大脑中针对雌性和雄性的神经元组的分离。只接触过雄性的零经验小鼠没有显示出任何攻击行为，神经元也没有出现这种分离。

 

“小鼠不是从出生时就具备性别特异性的神经元，”文章的并列第一作者，生物和生物工程学博士后 雷恩•瑞莫迪欧斯（Ryan Remedios）表示。“分离是社交的结果，尤其是与雌性交往的结果。”

 

“这是一个出乎意料的发现”， 文章并列第一作者，加州理工学院生物和生物工程学博士后安•肯尼迪（Ann Kennedy）表示。”大脑中的这一区域，即下丘脑腹内侧区，是最原始的区域。我们曾经认为这是大脑的底层结构，更多地承担’水管系统‘而不是‘计算机’的功能。我们的研究表明这一区域也具备可塑性和计算能力。”

 

“这是基础的神经科学研究”，安德森表示。”我们研究哪些是天生就有，哪些是后天习得的问题：大脑中有多少 ‘神经回路’，动物有多少行为是由基因决定的，又有多少是由经验决定的。 这些结果表明，即使我们原本认为是先天行为的一些脑回路也并非像我们之前想象地那样固定不变。这些发现还引发了一系列新问题，例如与雌性小鼠的社会交往如何导致零经验雄性小鼠大脑活动模式的改变，又如何导致了攻击性的产生？

 

“控制性行为和控制攻击性的细胞之间存在非常密切的解剖学关系，这一事实也具有非常重要的生物学意义，因为这些原始的行为对于生存至关重要”，安德森补充说道。”它还提出这样一个疑问，具有性暴力行为的人是否在一定程度上也是因为‘大脑中的神经元回路紊乱造成的’？如果这是真的，那么将来我们或许能够通过分离神经元来为具有习惯性性攻击的人找到治疗方法。但这目前只是一个想法，任何以此为基础的疗法都还十分遥远。”

 

发表的这篇文章题为《社交行为可以塑造同种生物下丘脑中的神经元集群表征》Social behaviour shapes hypothalamic neural ensemble representations of conspecific sex），其他并列作者包括加州理工学院博士后莫里尔•泽里科沃斯基（Moriel Zelikowsky）和苏黎世大学的本杰明•格里卫（Benjamin Grewe）。研究资金由美国国立卫生研究院、戈登和贝蒂•穆尔基金会（Gordon and Betty Moore Foundation）、埃里森医疗基金会（Ellison Medical Foundation）、西蒙斯基金会（Simons Foundation）、哈里•弗兰克•古根海姆基金会（Harry Frank Guggenheim Foundation）、海伦•哈伊•惠特尼基金会（Helen Hay Whitney Foundation）、美国国家科学基金会以及欧莱雅美国女性科学家支持计划（L’Oréal USA For Women in Science）提供。