Nature，Cell两篇文章：“当他遇见她，大脑都被点亮”并不是拍偶像剧

我们的本能天性从何而来？

　　——通过安装在小鼠头上的微小显微镜，研究人员了解社会行为的大脑神经环路

生物通报道：对于包括人在内的动物来说，诸如交配或战斗之类的本能行为是天生的，科学家们认为这是由大脑产生的。但是两项最新研究指出，活体小鼠社会经历可以影响大脑对其它小鼠的应答反应，这揭示了大脑中的某些本能反应是如何以及在何处形成的。这一研究成果分别公布在Nature和Cell杂志上。

文章作者之一，HHMI，加州理工学院的David Anderson表示，“我们开始了解了在大脑中用于感受信息和产生行为这两部分之间的关联。”

神经科学家想了解大脑如何将视觉，声音和气味转化为外界的映像。对于动物来说，气味还提供了其附近其他动物的年龄和性别线索;这些信息可以触发本能行为。例如，在同一个笼子的雄性和雌性小鼠会交配，而两名雄性往往会为领土而战。

哈佛大学的Catherine Dulac和Anderson之前曾确定了大脑中控制小鼠社会行为的区域，在此基础上，Anderson利用遗传学技术和光遗传方法识别了负责控制侵略性和交配行为的脑区域。而Dulac也用类似的方法来研究雄性和雌性小鼠嗅觉相关社会行为的神经通路。

（当小鼠与雄性或雌性小鼠相互接触时，不同的大脑活动模式就会亮起来 ）

持续的大脑变化

在Cell文章中，Dulac和她的同事跟踪内侧杏仁核的大脑活动，杏仁状结构能将气味信号传播到下丘脑。首先，研究人员利用遗传学技术引入了一个蛋白（在活性脑细胞中发光），之后他们又将小型显微镜安装在单个小鼠的头上，并观察每只佩戴相机的小鼠遇到另外一只小鼠时的大脑细胞，看看是哪个脑细胞活跃了起来。杏仁核中植入的薄玻璃棒能检测到活跃脑细胞发出的光，研究人员记录下神经活动，同时记录小鼠在不同社会情况下的行为。

结果研究人员发现，当小鼠遇到不同性别的小鼠时，其大脑中是有不同的神经元被激活的，在雌性和雄性小鼠中，这些性别特异性神经模式完全不同。而且，令人惊讶的是，交配行为实际上改变了大脑的活动模式。在与异性小鼠关在笼子中15天后，小鼠的大脑会持久发生变化。

这一研究发现的关键在于研究人员在持续三个多月的时间直接跟踪了小鼠的行为和神经活动（通过头戴式微型显微镜）——这是此前科学家从来没有尝试过的。

研究人员发现，性经验加强了大脑对异性气味的反应，并提高了动物分辨雌性和雄性的能力。Dulac说，这表明体验-学习能够帮助塑造动物的本能。

探寻下丘脑

在加州理工学院，Anderson和他的同事们也希望可以观察到雄性小鼠社交行为有关的神经回路。他们与斯坦福大学的Schnitzer等人也采用了Dulac的相关技术，但是不同之处在于，Anderson将显微镜片植入到了内皮下丘脑中，这是一种从进化上来说古老的社会行为结构。Anderson的团队对产生雌激素受体的特定神经元群体的活动进行了成像，而这对社会行为的影响非常重要。

研究人员将显微镜安置在社会孤立的，未接触过雌性的雄性小鼠身上，让它们与五只不同的雌性和五只不同的雄性小鼠交替接触，每次两分钟，连续数天。研究人员通过多次试验和多天对相同的神经元进行成像，并将神经活动与社会行为变化相关联，如嗅探，呕吐和攻击。

在雄性小鼠与这些小鼠的初次接触中，研究人员观察到了少量交配或攻击，相同的神经元被点亮。但随着社会经历的不断增长，雄性逐渐开始与雌性小鼠游客交配，然后攻击雄性小鼠游客。同时，更多的神经元开始对一种或另一种性别做出特别的反应。

Anderson说：“我们看到这些活动模式随着小鼠的大脑学习，了解雄性和雌性之间的差异而实时变化。”

在一组不同序列的实验中，Anderson等人发现，与雌性老鼠的短暂接触会令从未接触过雌性的雄性小鼠大脑发生重要变化，攻击行为也是。24小时后进行测试时，只要30分钟的就能导致雌性和雄性特异性的神经激活模式。第二天，这个短暂的事件也导致雄性出现攻击行为，而没有这种经验的雄性是非侵略性的。

这一结果表明，虽然交配和战斗是天生的行为，但是Anderson认为，小鼠的大脑必须学会雌性和雄性之间的差异才能正确展现这两种行为。

（生物通：万纹）

原文检索：

Ryan Remedios, Ann Kennedy, et al. "Social behaviour shapes hypothalamic neural ensemble representations of conspecific sex," Nature. Published online October 18, 2017. doi: 10.1038/nature23885

Ying Li et al. "Neuronal Representation of Social Information in the Medial Amygdala of Awake Behaving Mice," Cell. Published online October 26, 2017. doi: 10.1016/j.cell.2017.10.015