社会与生理需求的神经环路

《Annual Review of Neuroscience》：Neural Circuits of Social and Physiological Needs

　　

生理需求，如对食物、水和睡眠的需求，通过稳态过程得以满足，在此过程中大脑环路监测内部状态的变化并触发目标导向行为，例如进食、饮水和睡眠，旨在恢复生理平衡。越来越多的证据，在人类和动物中均表明，社会互动是另一种由稳态过程调节的基本需求。在本综述中，研究人员着重介绍了近期在识别社会驱动力、社会满足感以及整体社会稳态背后的神经环路和细胞群体方面所做的努力，并比较了新发现的调控社会和生理需求的神经和分子机制。研究人员在行为表达、神经环路功能、分子机制和感觉调节层面总结了不同需求之间的共性与差异特征。跨不同稳态系统的发现为稳态调节的组织原则提供了广泛见解，并为研究大脑对社会隔离的反应开辟了新途径。

生理需求（如食物、水和睡眠）通过稳态（homeostasis）过程维持内环境稳定，而社会互动近年来也被视为另一种基本需求，受类似稳态机制的调控。社会隔离会引发严重健康问题，包括抑郁、睡眠障碍、心血管疾病风险增加和认知衰退，但社会需求在大脑中如何编码的细节仍不清楚。为此，研究人员在《Annual Review of Neuroscience》上发表综述，旨在通过比较生理和社会稳态的神经机制，揭示社会驱动力、社会满足感及整体社会稳态的神经环路，强调社会互动对生存和健康的关键作用，并指出理解社会隔离的脑反应对公共卫生具有重要意义。

研究人员为开展研究主要使用了以下关键技术方法（不超过250字）：采用光遗传学（optogenetics）和钙成像（calcium imaging）实时操控和记录神经元活动；利用病毒示踪（viral tracing）进行环路追踪；结合行为学分析（如社会反弹实验）测量社会需求强度；通过基因表达分析（如scRNA-seq）识别分子标志物。样本队列包括小鼠（主要为雌性C57BL/6J品系，并涉及不同品系比较）以及人类流行病学数据（如美国外科医生报告）。此外，还涉及果蝇和线虫的跨物种研究。

研究结果如下：

**社会性是一种基本的、进化保守的需求**：通过人类和动物研究（包括小鼠、果蝇和线虫）发现，社会互动是基本需求，社会隔离导致行为反弹（如社会互动增加）和健康损害，且社会性在物种间保守。例如，雌性小鼠在短期隔离后出现社会反弹，且反弹时长随隔离时间延长而增加，支持社会需求的稳态调节。

**生理和社会稳态的共同特征**：阐述了稳态调节的设定点（set point）和稳定点（settling point）模型，指出社会反弹现象类似于生理需求（如饥饿、口渴）的反弹，表明社会需求也受负反馈机制调控。不同小鼠品系社会反弹幅度差异提示对隔离敏感性的遗传基础，且雌性动物因较少攻击行为成为研究亲和性社会需求的理想模型。

**生理和社会稳态的神经控制**：介绍了进食（如ARC的AgRP/NPY神经元促吃，POMC神经元抑吃）、饮水（如SFO/OVLT/MnPO环路）和睡眠（如分布式网络）的细胞类型特异性环路。社会需求方面，研究人员发现下丘脑内侧视前核（MPN）中存在两类神经元：MPN^Isolation神经元（表达Mc4r，即黑皮质素4受体）在隔离时激活，编码社会驱动力并传递负性效价；MPN^Reunion神经元（表达Trhr，即促甲状腺激素释放激素受体）在团聚时激活，编码社会满足感并传递正性效价，且直接抑制MPN^Isolation神经元。环路追踪显示，MPN^Isolation神经元投射至PVN的催产素神经元（促进社会驱动力）、外侧缰核（诱导厌恶）和ARC（协调社会与进食需求），而MPN^Reunion神经元投射至VTA引发伏隔核多巴胺释放（介导社会奖赏）。

**生理和社会需求如何编码？**：不同需求系统采用独特分子机制：饥饿神经元（AgRP）通过监测循环激素（如ghrelin、leptin）编码能量状态；睡眠压力涉及ROS和腺苷积累；社会需求中，催产素和内源性阿片肽是关键介质。活动模式上，驱动力神经元（如AgRP神经元、MPN^Isolation神经元）的活性随需求累积而增加，而社会满足神经元则快速响应社会接触。感觉输入（如触觉）可快速抑制MPN^Isolation神经元，调节社会需求，提示社会触觉在自闭症谱系障碍中的潜在作用。

**讨论**：研究人员总结指出，基本需求驱动所有动物行为，其神经环路在进化中被塑造和选择。社会性与生理需求神经环路的显著相似性（如两群互补神经元分别编码驱动和满足）表明进化上趋同的策略。未来需整合不同需求系统的共有和独特元素（如神经元、肽类、受体），并探究它们与其他脑功能的交互，以深入理解需求间的相互作用及其进化轨迹。研究结论部分翻译如下：基本需求是动物所有行为（从觅食到认知任务）背后驱动力的基础。这些需求及其相关的神经架构在自然历史中被塑造、精炼和选择，以应对生存挑战。专门化神经元和环路的出现为稳定内环境对抗外部扰动提供了关键进化优势。社会群居性在从线虫到人类的生物中普遍存在，凸显其生存优势。由于不同需求并非独立进化，水需求只在动物从水到陆地时出现，后来出现的需求受先前神经结构约束，导致神经组织反映功能协调和进化历史印记。社会需求与食物、水和睡眠控制神经环路的惊人相似性强调了基本行为驱力的进化趋同策略。未来应鼓励整合性方法，识别不同需求系统间的共有和独特元素（如神经元、肽类和受体）及其与其他脑功能的整合，这将为理解需求间的相互作用、对其他脑活动的影响及其进化轨迹提供更深入见解。