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Love and Hate in the Mouse Brain

在动物身上,狗狗有时会笨拙地冲你的腿,这种爬上爬下的行为通常与性唤起有关,但并不总是这样。加州理工学院神经科学家的一项新研究探索了老鼠不断增长的行为背后的动机,发现有时爱与恨(或愤怒)在老鼠的大脑中只有一线之隔。

发表在《自然》杂志上的这项研究是由戴维·安德森(David Anderson)实验室进行的,他是天桥和陈克里斯神经科学研究所(Chrissy Chen Institute for Neuroscience)的领导主席、霍华德休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)的调查员、天桥和陈克里斯神经科学研究所(Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Neuroscience)所长。

“我们的实验室对了解大脑如何控制社会行为和潜在的情绪状态很感兴趣,”该研究的主要作者Tomomi Karigo解释说,他是加州理工学院的博士后学者。"卡利戈说:“当我们研究老鼠的社会行为时,我们有时注意到雄性老鼠会与其他雄性老鼠交配,方式与它们与雌性老鼠交配的方式相似。”

目前还不清楚,这些雄鼠之所以试图与雄鼠交配,是因为它们把雄鼠错当成了雌鼠,还是它们知道雄鼠是雄鼠,但却想以此确立对雄鼠的统治地位。研究人员希望了解一只雄鼠和另一只雄鼠之间是否反映出不同的意图,以及雄鼠和雌鼠之间的攀越行为在大脑中是如何调节的。

为了找到答案,研究人员首先录下了雄鼠和雌鼠交配的视频。他们使用机器学习(一种通过经验学习和适应的软件)分析了视频,看向雄性老鼠和雌性老鼠的坐骑行为是否有任何不同。机器学习分析显示,安装行为的机制没有明显差异。

研究人员随后在越来越多的男性中寻找其他线索。可能区分女性和男性的行为。

一条线索是,在与雌鼠交配时,雄鼠对雌鼠表现出一种不友好的态度。这些被称为超声波发声的歌曲音调太高,人类听不到,但可以用一种特殊的麦克风接收到。Karigo和他的团队发现,骑在背上的老鼠只对雌性老鼠唱歌,而对雄性老鼠不唱歌。此外,当一只雄性正在和另一只雄性交配时,两只动物通常会在短暂的交配后发生争斗。这不会发生在女性安装伙伴的情况下。

这些结果表明,对雌性的爬上行为与对雄性的爬上行为有不同的含义。具体来说,对男性亲热很可能是一种统治或轻度愤怒的表达(侵略性的亲热),而不是一种繁殖(或所谓的亲密关系)行为。

接下来,研究人员探索了大脑的哪些区域负责每种类型的累积行为。

当一只雄性老鼠在雄性或雌性老鼠身上活动时,研究人员观察到它大脑中一个叫做下丘脑的区域的神经活动,下丘脑控制着饥饿、口渴、新陈代谢和防御行为等。特别是下丘脑的两个区域似乎参与了:内侧视前区(MPOA)和腹内侧下丘脑的腹外侧亚区(VMHvl)。当雄鼠爬上和向雌鼠唱歌时,MPOA显示出高水平的活动;相反,当雄鼠爬上,但不向雄鼠唱歌时,VMHvl表现出高水平的活动。

然后,研究小组仔细观察了MPOA和VMHvl中单个神经元的活动。他们发现,在大脑的每个区域,在繁殖繁殖和攻击性繁殖过程中,不同的神经元组被激活。此外,研究人员还发现,他们可以训练计算机,仅根据这两个区域的神经元活动模式,正确预测这种坐垫是性行为还是攻击性行为。

然后,研究人员测试了这些大脑区域是否真的控制了这两种累积行为,或者这些区域的活动是否仅仅与行为相关。他们使用了一种叫做光基因刺激的技术,在这种技术中,光被用来触发神经元的放电。通过将光线引导到大脑的特定区域,研究人员可以诱导那里的神经元活动,从而诱导行为。

当研究人员将一只雌鼠交给一只雄鼠时,雄鼠开始唱歌并与雌鼠交配。但是,当研究人员刺激雄鸟的VMHvl时,雄鸟就停止了歌唱,并开始对雌鸟表现出攻击性的攀爬行为。相反,如果一只雄性老鼠正在对另一只雄性老鼠进行攻击行为,研究人员刺激它的MPOA,这只攻击性老鼠就会停止战斗,开始唱歌,并试图与另一只雄性交配。

Karigo和Anderson把这比作爱与恨的跷跷板。MPOA中的活动使跷跷板向爱倾斜,而VMHvl中的活动使它向恨(或侵略)倾斜。

"卡利戈说:“在这项研究中,我们以依恋行为作为切入点,来了解控制情绪或动机状态的潜在神经机制。”她说,他们的发现推进了我们对小鼠大脑以及更广泛的哺乳动物大脑如何控制情绪的理解。她补充说,这些发现有一天可能会帮助我们更好地理解人类行为。

12月2日,《自然》杂志在线发表了一篇文章,描述了他们的研究成果,标题为"《小鼠同性别和异性交配行为的明显下丘脑控制》。合著者有Ann Kennedy,曾任职于加州理工学院,现任职于西北大学Feinberg医学院;加州理工学院神经生物学研究生杨斌和刘梦宇;德里克·泰(Derek Tai),加州理工学院(Caltech)前研究助理,现在内华达图罗大学(Touro University)骨科医学学院;Iman a . Wahle (BS '20),加州理工学院施密特学者;和大卫·j·安德森。

这项研究的资金由美国国立卫生研究院、全球大脑基金会西蒙斯合作组织、霍华德休斯医学研究所、天桥和陈克里斯神经科学研究所提供,安德森是该研究所的所长。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.caltech.edu/about/news/love-and-hate-in-the-mouse-brain