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老鼠的大脑中的爱与恨

坐骑行为,有时是笨拙的推力运动狗有时会撞到你的腿,通常与动物的性唤起有关,但并非总是如此。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加的行为背后的动机,发现有时在老鼠的大脑中,爱与恨(或愤怒)之间的界限很细。

该研究发表在《自然》杂志上,由戴维·安德森(David Anderson),西摩·本泽(Seymour Benzer)生物教授,天桥和陈慧琳神经科学研究所所长,霍华德·休斯医学研究所的研究员,天桥和黄大仙的研究室进行。克里斯西·陈神经科学研究所。

加州理工学院的博士后学者Tomomi Karigo解释说:“我们的实验室对了解社交行为和内在的情绪状态是如何由大脑控制的感兴趣。” 卡里戈说:“我们在研究老鼠的社交行为时,有时会注意到,雄性老鼠会以与雄性老鼠类似的方式将其他雄性老鼠坐骑。”

目前尚不清楚这些雄性小鼠是否试图与雄性交配,是因为它们只是误以为是雌性,还是知道它是雄性但打算在雄性上占主导地位。研究人员希望了解,一只雄性小鼠与另一只雄性小鼠相比是否反映出不同的意图,以及如何在大脑中调节其安装行为。

为了找出答案,研究人员首先录制了雄性和雄性小鼠的视频。他们使用机器学习(一种可以通过经验来学习和适应的软件),对视频进行了分析,以了解雄鼠和雌鼠的安装行为是否有所不同。该机器学习分析显示在安装行为的机制没有明显的差异。

然后,研究人员在男性坐骑行为中寻找其他线索,这些线索可能会区分以女性为主的坐骑和以男性为主的坐骑。

一个线索是,雄性小鼠在与雌性交配时似乎会“唱歌”。这些歌曲被称为超声波发声,音调太高,人类听不到,但可以用特殊的麦克风拾音。Karigo及其小组发现,坐骑的小鼠只对雌性小鼠唱歌,而不对雄性小鼠唱歌。另外,当一只雄性正与另一只雄性进行交配时,这两只动物通常会在短暂的交配后结束战斗。如果是女性安装伙伴,则不会发生这种情况。

这些结果表明,针对女性的坐骑行为与针对男性的坐骑行为具有不同的含义。具体来说,与男性坐骑可能是一种统治或轻度愤怒(攻击性坐骑)的表达,而不是生殖(或所谓的从属)行为。

接下来,研究人员探索了哪种大脑区域负责每种类型的坐骑行为。

当雄性小鼠坐上雄性或雌性小鼠时,研究人员观察到其大脑下丘脑区域的神经活动,该活动控制着饥饿,口渴,新陈代谢和防御行为等。特别地,似乎涉及下丘脑的两个区域:视前内侧区域(MPOA)和腹膜下丘脑的腹侧细分(VMHvl)。当雄性小鼠坐骑并向雌性唱歌时,MPOA表现出高水平的活动;相反,当雄性小鼠正坐着但不向雄性唱歌时,VMHv1表现出高水平的活动。

然后,研究小组仔细研究了MPOA和VMHv1中单个神经元的活动。他们发现,在每个大脑区域的生殖器和攻击性安装过程中,神经元的不同组被激活。此外,研究人员发现,他们可以训练计算机完全根据这两个区域的神经元活动模式正确预测坐骑是性还是攻击性的。

研究人员随后进行了测试,以查看这些大脑区域是否实际上控制了两种安装行为,或者这些区域中的活动是否与这些行为简单相关。他们使用称为光遗传学刺激的技术来做到这一点,其中光被用来触发神经元的发射。通过将光线引导到大脑的特定区域,研究人员可以在该处诱导神经元活动,从而诱导行为。

当研究人员将雌性小鼠赠予雄性小鼠时,雄性小鼠开始唱歌并与雌性交配。但是当研究人员刺激雄性的VMHvl时,雄性停止唱歌,并开始表现出对雌性的攻击性行为。相反,如果一只雄性老鼠对另一只雄性进行攻击行为,而研究人员刺激了它的MPOA,则该攻击性小鼠将停止战斗,开始唱歌,并尝试与另一只雄性交配。

卡里戈(Karigo)和安德森(Anderson)将此比作爱与恨的跷跷板。MPOA中的活动使跷跷板向爱倾斜,而VMHvl中的活动使跷跷板向仇恨(或侵略)倾斜。

Karigo说:“在这项研究中,我们以坐骑行为为切入点,以了解控制情绪或动机状态的潜在神经机制。” 她说,他们的发现推动了我们对小鼠大脑乃至更广泛的哺乳动物大脑如何控制情绪的理解,并且她补​​充说,它们有一天可能有助于我们更好地理解人类行为。

Nature于12月2日在网上发表了一篇论文,描述了他们的发现,标题为“不同的下丘脑控制小鼠的同性和异性坐骑行为” 。

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