《Cell Reports》：Neuronal networks in the dorsal hippocampus causally regulate rescue behavior in mice
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本研究揭示了应激环境暴露促进小鼠救助行为习得，并证明背侧海马（dHPC）是该学习过程所必需。通过钙成像技术，研究人员发现dHPC中存在同步化的神经元集群，其活动模式在成功的亲社会性救助行为中发挥关键的机械性支持作用，并鉴定出在救助受困个体时活跃的“解放细胞”。该研究为理解共情驱动行为的神经机制提供了新见解。
在动物王国中，从蚂蚁到哺乳动物，亲社会行为（如救助处于困境中的同类）对于社会凝聚力和物种生存至关重要。尽管这种行为在多种物种中被观察到，但其背后的神经机制仍不清楚。近年来，科学家们开始利用啮齿类动物模型来探究共情和亲社会行为的神经基础。小鼠，作为一种重要的模式生物，尽管其社交性较其他物种（如大鼠）相对较弱，但近期研究证实它们同样能够表现出救助行为。这为在细胞和神经环路水平上深入研究亲社会行为提供了独特的机会。
以往的研究表明，包括前扣带回皮层（ACC）、前脑岛（aI）和杏仁核基底外侧核（BLA）在内的多个脑区与共情和亲社会行为相关。海马体（HPC），作为一个在记忆和空间导航中起核心作用的结构，也被发现参与情绪和社会信息处理。然而，海马体，特别是其功能上存在差异的背侧（dHPC，主要关联认知和空间处理）和腹侧（vHPC，主要关联情绪）部分，在亲社会行为中扮演何种具体角色，尚不明确。理解dHPC如何协调救助行为的学习和执行，对于揭示复杂社会行为的神经基础具有重要意义。
为了回答这些问题，研究人员在《Cell Reports》上发表了一项研究，系统探讨了背侧海马在小鼠学习救助受困同伴行为中的因果性作用及其神经编码机制。研究人员首先建立并验证了一个稳健的小鼠救助行为范式（Helping Behavior Task, HBT）。在该范式中，一只“观察者”小鼠可以学会打开一扇门，来解救一只被困在相邻隔间里的“受害者”小鼠。为了增强行为的动机，受害者的隔间被设置为两种条件：仅社会隔离（SS）或社会隔离加冷水（CW）暴露，以制造厌恶性的高压环境。结果发现，与SS条件相比，CW条件下（即受害者承受更高压力时）的观察者小鼠表现出更高的救助成功率和更短的救助延迟，表明受害者的情绪状态能显著促进救助行为的学习。
为了探究海马体在其中的作用，研究人员采用了化学遗传学方法，分别特异性抑制dHPC或vHPC的活动。令人惊讶的是，从训练伊始就抑制dHPC（而非vHPC）会严重损害小鼠获得救助行为的能力。这些dHPC被抑制的小鼠并未丧失运动或探索能力，但它们与门互动（试图解救）的尝试显著减少，表明其受损的是将特定行为（开门）与救助结果相关联的学习过程，而非单纯的社交动机或运动功能。
研究最核心的部分在于利用微型显微镜（miniscope）对dHPC的CA1区（dCA1）神经元进行在体钙成像，从而在单细胞分辨率下观察小鼠在学习救助行为过程中神经网络的动态变化。分析发现，随着成功救助次数的增加，dCA1神经元集群的功能连接性（Functional Connectivity, FC）显著增强。具体表现为：神经集群内部的同步化活动增加、网络聚类系数和全局效率提高。更重要的是，研究人员根据神经元在“救助事件窗口”附近的活动模式，将其分为“解放集群”（liberation ensembles）和“非解放集群”（non-liberation ensembles）。在成功的救助试验中，“解放集群”表现出更高的活动水平和更强的同步化。这种与救助行为特异相关的神经表征在训练过程中逐渐形成并巩固。
进一步的实验表明，这种dCA1网络的重组依赖于救助行为的社会情境。当在“无受害者”的控制条件下（如隔间内只有玩具鼠、只有水或完全空置）进行测试时，之前观察到的与学习相关的神经网络变化（如功能连接增强）消失了，网络状态退回到类似训练前的水平。这表明dHPC神经活动的重塑特异性地编码了与救助受困同伴相关的信息。
此外，通过c-Fos免疫染色检测全脑范围内的神经元活动，研究发现抑制dHPC会导致帮助行为失败的小鼠其大脑网络连接模式发生改变，情绪处理核心节点BLA（杏仁核基底外侧核）的活动和连接性增强，而认知相关脑区（如dHPC本身、RSC）之间的协调性被打乱。这表明dHPC可能作为一个整合枢纽，协调认知和情绪网络，以促成适当的亲社会行为决策。当这个枢纽被抑制时，大脑网络可能转向一种以负面情绪（如焦虑）为主导的状态，从而阻碍了救助行为的表达。
研究人员为开展此项研究，综合运用了多项关键技术。主要包括：1）行为学实验：建立了小鼠救助行为范式，并设计了多种对照测试（如陌生受害者测试、新环境测试、无受害者控制测试等）以验证行为的特异性。2）化学遗传学神经环路操控：利用AAV病毒在dHPC或vHPC特异性表达抑制性受体hM4Di，并通过腹腔注射CNO在特定时间点（如全程或仅最后一天）抑制目标脑区活动，以验证其因果必要性。3）在体单光子钙成像：通过植入GRIN透镜和微型显微镜，在自由活动的小鼠dCA1区记录大量神经元在行为过程中的钙活动，从而解析神经元集群的动态编码。4）免疫组织化学：通过c-Fos染色观察全脑多个相关脑区在行为后的神经元活动模式。5）计算神经科学分析：对钙成像数据进行了功能连接图谱分析、图论网络分析、群落检测（Leiden算法）以及多尺度样本熵（MSE）分析等，从多个维度量化神经网络特性。
dHPC而非vHPC是获得救助行为所必需的
研究结果表明，特异性抑制dHPC会显著延长救助延迟，并降低救助成功率，而抑制vHPC则不影响行为的获得。这明确了dHPC在救助行为学习中的关键作用。
救助学习伴随dCA1神经元参与度及其功能连接的增强
钙成像数据显示，随着救助训练天数的增加，dCA1神经元的平均事件发放率升高，同时神经元之间的功能连接性（以聚类系数、全局效率等图论指标衡量）也逐渐增强。成功的学习与更高效、更协同的神经网络活动相关。
dCA1中存在对解放事件有差异性反应的神经亚群
根据神经元在救助事件窗口附近的活动，可区分出“解放集群”和“非解放集群”。在成功救助试验中，“解放集群”在救助事件发生时表现出更高的钙活动水平和更强的神经元间同步化。这些集群可能编码了与救助行动本身相关的信息。
dCA1集群网络在无受害者控制条件下发生情境依赖性重组
当救助行为的社会情感成分被移除后（无真实受害者），dCA1中与学习相关的功能连接增强现象也随之消失。这表明观察到的神经网络可塑性特异性地依赖于对受困同伴的救助情境。
抑制dHPC引发脑内c-Fos表达功能连接的改变
全脑c-Fos分析显示，抑制dHPC后，未能学会救助行为的小鼠其脑内情绪处理节点（如BLA）与认知相关脑区之间的功能连接模式发生改变，BLA的中心性增强，提示dHPC抑制可能破坏了认知-情绪网络的平衡，导致行为缺陷。
本研究通过整合行为学、化学遗传学、在体成像和计算分析，首次揭示了背侧海马CA1区神经元集群的活动模式及其功能连接在学习和执行亲社会救助行为中的动态变化规律。研究不仅确立了dHPC在救助行为习得中的因果性作用，还揭示了其神经编码特征，即通过形成任务特异性的、同步化活动的“解放集群”来支持成功的行为输出。这些发现将海马体的功能从传统的空间记忆和情景记忆领域，扩展至社会认知和亲社会行为领域。研究结果提示，dHPC可能作为一个整合平台，将社会情感信息（来自vHPC、杏仁核等）与空间、行为规划信息相结合，从而促成适应性的亲社会决策。该研究为理解共情、利他主义等高级社会情感的神经基础提供了重要线索，并对自闭症谱系障碍、反社会人格障碍等涉及共情缺陷的神经精神疾病的机制研究和治疗策略开发具有潜在启示意义。
