攻擊行為與性行為對物種生存和個體繁殖成功至關(guān)重要，這些先天性行為的產(chǎn)生，均源自大腦中hard-wired環(huán)路的支持[1]。1999年，Sarah Newman基于損傷和即刻早期基因定位研究，提出了社會行為網(wǎng)絡(luò)(social behavior network, SBN)，該網(wǎng)絡(luò)包括內(nèi)側(cè)杏仁核(MeA)、終紋床核(BNST)、下丘腦前部(AHN)、下丘腦腹內(nèi)側(cè)(VMH)等7個相互連接的皮層下區(qū)域，介導(dǎo)哺乳動物的先天社會行為[1]。但SBN并未覆蓋所有社交行為必需腦區(qū)，需進(jìn)一步拓展，如：后杏仁核(PA)向VMHvl和MPN腦區(qū)的投射促進(jìn)攻擊行為與性行為[2-4]。

SBN的一個基本特征是其富集性腺激素受體，這使得細(xì)胞能夠受到性腺類固醇激素——雄激素(睪酮)、雌激素等的調(diào)節(jié)[1]。該類激素對于兩性在發(fā)育過程中社會行為的出現(xiàn)和成年期社會行為的維持至關(guān)重要[5,6]。特別的，研究發(fā)現(xiàn)MPN和VMHvl中表達(dá)雌激素受體α (Esr1)的細(xì)胞是性行為和攻擊行為的相關(guān)細(xì)胞集群[7-12]。

但社交線索如何跨腦區(qū)呈現(xiàn)，以及網(wǎng)絡(luò)活動如何產(chǎn)生特定行為，仍然難以捉摸。

北京時間2023年8月15日，美國紐約大學(xué)朗格醫(yī)學(xué)中心的林大宇（Dayu Lin）實驗室在Neuron雜志在線發(fā)表了名為“Neural dynamics in the limbic system during male social behaviors”的論文。研究人員利用改進(jìn)的多光纖記錄技術(shù)，揭示了雄鼠在攻擊與交配行為中網(wǎng)絡(luò)水平上動態(tài)的神經(jīng)反應(yīng)模式。

1. 多通道光纖記錄法記錄雄鼠邊緣系統(tǒng)13個腦區(qū)的Ca2+信號

研究人員利用改進(jìn)的多光纖記錄法(MFP)，將Cre依賴的GCaMP6f注射到Esr1-Cre雄鼠的候選的13個邊緣系統(tǒng)腦區(qū)，用以記錄雄性小鼠居住-入侵測試中，與入侵的雄鼠/雌鼠相遇、調(diào)查以及發(fā)生攻擊/交配行為時，這些腦區(qū)中表達(dá)Esr1神經(jīng)元的Ca2+信號。

圖1：多光纖記錄法(MFP)記錄大腦邊緣系統(tǒng)13個區(qū)域

2. 在最初遇到雄性和雌性入侵者時，擴展的SBN被廣泛激活，且相同腦區(qū)具有不同的激活模式

在居住-入侵測試實驗中，居住雄鼠在遇到入侵鼠時，其所有下丘腦和杏仁核的Esr1細(xì)胞Ca2+信號響應(yīng)幅度均增加。遇到雄鼠時，VMHvl腦區(qū)的響應(yīng)幅度中最大，其次為DMH和PMv等。遇到雌鼠，響應(yīng)最大的腦區(qū)為MPN，其次為BNSTpm、PA等。不同腦區(qū)在與雄鼠或雌鼠社交時，有不同的激活模式，表明它們可能優(yōu)先參與雄性或雌性導(dǎo)向的社會行為。

圖2：雄鼠遇到雄鼠/雌鼠時，其相同腦區(qū)有不同激活模式

3. 雄鼠擴展的SBN在攻擊與交配（性）行為中對應(yīng)不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式，即攻擊偏向網(wǎng)絡(luò)（ABN）與交配偏向網(wǎng)（MBN），且可通過ABN與MBN的激活預(yù)測攻擊與交配行為

雄鼠在攻擊時，許多區(qū)域廣泛和同時激活；在交配行為中，是一小部分區(qū)域的強烈激活和許多其他區(qū)域的逐漸抑制?；诟髂X區(qū)在社交行為不同階段下的平均Z值進(jìn)行主成分分析（PCA），研究人員提出了①攻擊偏向網(wǎng)絡(luò)（ABN）：包括VMHvl、PMv、MeApd、DMH、AHN和lPAG；②交配偏向網(wǎng)絡(luò)（MBN）：包括MPN、BNSTpm、PA和MeAa。

進(jìn)一步，他們基于真實數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)可較好預(yù)測對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)激活下的行為。

圖3：攻擊與交配行為的對應(yīng)腦區(qū)應(yīng)答信號與網(wǎng)絡(luò)模式

4. 社會行為中擴展的SBN功能連通性的變化

通過計算每對同時記錄的腦區(qū)之間的決定系數(shù)R2，來研究擴展SBN中腦區(qū)間的功能連通性及其是否隨社會行為變化而變化。研究人員發(fā)現(xiàn)特定社會行為對應(yīng)不同的社會網(wǎng)絡(luò)的功能連通性改變，涉及整個社會網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)激活。

圖4：社會行為中擴展的SBN功能連通性的變化

圖5：圖片摘要

總結(jié)

綜上，該研究利用多光纖記錄技術(shù)，記錄了雄性小鼠在社交行為中擴展的SBN中的Ca2+響應(yīng)。研究表明性別身份信息在網(wǎng)絡(luò)中廣泛存在，攻擊和交配與不同的網(wǎng)絡(luò)激活模式有關(guān)。攻擊行為以VMHvl為觸發(fā)，表現(xiàn)為多腦區(qū)的同步激活；而性行為與一小部分區(qū)域的連續(xù)激活以及它們在行為發(fā)展過程中的逐漸變化有關(guān)。特別交配后期的網(wǎng)絡(luò)活動，表現(xiàn)為三個腦區(qū)的強烈激活與其他腦區(qū)的抑制，且腦區(qū)之間交流減少。

該研究以腦網(wǎng)絡(luò)及其功能聯(lián)結(jié)作為社交行為的編碼模式，為社會行為的神經(jīng)機制研究提供了整體的視野，并將為未來的可能會完善和修正MBN和ABN的功能研究提供重要的指導(dǎo)。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.07.011

參考文獻(xiàn)

Guo Z, Yin L, Diaz V, et al. Neural dynamics in the limbic system during male social behaviors [published online ahead of print, 2023 Aug 9]. Neuron. 2023;S0896-6273(23)00544-5. doi:10.1016/j.neuron.2023.07.011

編譯作者：Gilgamesh（brainnews創(chuàng)作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）






標(biāo)簽：腦科學(xué)