是交配还是交战？Nature论文揭示小鼠大脑中“爱与恨”的决策机制

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是交配还是交战？Nature论文揭示小鼠大脑中“爱与恨”的决策机制: Y1 x3 n: [; e* v$ I
来源：生物世界 2022-09-29 18:172 P; J* H9 o) M) s4 t7 }8 B
这项研究阐明了一个基本问题，即雄性小鼠大脑如何将陌生小鼠的性别信息转化为执行特定行为的决定。
; \# y2 ~( r7 u! y& `) F许多养狗的朋友都遇到这么一种情况：在遛狗时，如果两只狗相遇，它们会立即嗅探对方的气味，但你永远不知道，他们下一秒是要交朋友还是要打架。很明显，在互相嗅探之后，它们的大脑中发生了一些事情，让它们决定如何对待对方——但这个过程中到底发生了什么呢？
( |+ B  d. K8 n+ ?, X0 c- Y近日，天桥脑科学研究院（TCCI）的杨斌、David Anderson 等人在 Nature 发表了题为：Transformations of neural representations in a social behaviour network 的研究论文。
4 B' P" {* |! ^, v! m. I. i" w研究团队在小鼠身上探讨了这个问题：当一只雄性小鼠遇到嗅出了一只新遇到的同伴，它是如何决定是交配还是打架，或者两者都不做，只关心自己的事情？
; O- M% b% T2 X: \) T7 c# ?该研究揭示了雄性小鼠将另一只小鼠的性别信息与大脑中决定其行为的决策点连接起来的神经回路。
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9 x9 m) t: Y5 ?- m0 ]6 M5 R1 ?当遇到另一只小鼠时，雄性小鼠的大脑必须回答这几个关于“陌生鼠”的问题来决定下一步的行动——“它是谁？”“是公是母？”“我该怎么做？”。% e2 e' w  r1 }, l; ~
要回答这些问题，需要小鼠的大脑解码新遇小鼠的性别身份，并将这种性别信息转化为行动计划。; U4 B3 [/ ~+ r% i% a' J6 H$ ?

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  N+ ]/ H" R, p3 D) R! c% m3 N; X该论文的通讯作者 David Anderson 研究员表示：了解一只小鼠如何选择对待新同伴的行动——交配或是交战，代表了大脑中最基本的决策过程，并可以作为更复杂的决策过程的模型，甚至可以应用在人类的大脑中。
: M, I: I; G5 f2 J8 S' a7 j) a4 Q8 U此前的研究表明，终纹床核（BNST）是一个嗅觉-行为的关键中继站，它从杏仁核接受嗅觉识别的性别信息，随后投射到不同的下丘脑核团，分别控制交配（由内侧视前区MPOA控制）和攻击行为（由腹内侧下丘脑腹外侧核VMHvl控制）。如果 BNST 中的神经元被杀死或被抑制，雄鼠就无法嗅出新遇到的小鼠的性别，例如遇到雌鼠时不能从嗅探过渡到交配，而遇到其他雄鼠时不能从嗅探过渡到攻击。" s3 l* T" _6 }; a
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嗅觉-行为的神经回路图
2 D- W% d- n+ v7 R1 _这些发现表明，终纹床核（BNST）就像一种闸门，控制着小鼠性别身份（最初由杏仁核解码）的识别以及后续的行动策略。但这个“大脑闸门”究竟是如何打开的呢？" y- t, s5 {% _( `
为了回答这个问题，研究团队在雄性小鼠与另一只小鼠（雄性或雌性）互动时，将微型显微镜附着在这只雄性小鼠的头上，以观察终纹床核（BNST）中的神经元活动。这只雄性小鼠经过基因工程改造，当单个神经元被激活时就会发光，而微型显微镜可以检测到这些光点。
% e- h( X1 ?( U. k$ f4 t  {研究团队发现，在终纹床核（BNST）中有两种类型的神经元：一种优先对雌性小鼠做出反应（female-tuned），另一种则优先对雄性小鼠做出反应（male-tuned）。有趣的是，在终纹床核（BNST）中，female-tuned 神经元的数量几乎是 male-tuned 神经元的两倍，就像杏仁核中的神经元一样。这表明，杏仁核的性别识别编码被转导映射到终纹床核（BNST）的神经元上。9 v' e. V. X+ D; h. P+ ^! W' O" A% i
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BNST控制雄性小鼠的嗅觉-行为转换* Z$ x+ q0 m) D0 k+ x
雌性响应神经元的优势也在内侧视前区（MPOA）中被观察到，MPOA 位于终纹床核（BNST）的下游，控制着雄性的交配行为。有趣的是，在控制攻击行为的节点——腹内侧下丘脑腹外侧核（VMHvl）中，情况却是截然相反的：在 VMHvl 中，male-tuned 神经元的数量反而是 female-tuned 神经元的两倍。, G, Y# U" m8 N( o$ |6 L# X
简而言之，VMHvl 就像一个由雄性反应主导的神经元组成的“岛屿”，而周围的神经回路“海洋”则由雌性反应主导。
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: |! `6 {/ G; H; O" H" L+ }4 |; iBNST/MPOA控制雄性小鼠识别雌性小鼠并导致交配行为! i$ k( ?/ [- _  X
令人惊讶的是，终纹床核（BNST）神经元被沉默时，VMHvl 中 male-tuned 神经元的主导作用被翻转为雌性主导反应，就像在 MPOA 和 BNST 中观察到的那样。这也许可以解释为何抑制 BNST 阻碍了向攻击行为的过渡——VMHvl 中不再有足够的 male-tuned 神经元来充分激活该区域以产生攻击行为。相比之下，MPOA 在 BNST 神经元被沉默的情况下，female-tuned 神经元与 male-tuned 神经元的比例没有明显变化。$ d- x9 H" U+ U5 h' ^% I6 t* W1 I

' `6 K3 n9 k' [BNST/VMHvl控制雄性小鼠识别其他雄性小鼠并导致攻击行为6 D/ }6 |, _( f6 P
此外，研究团队还发现，当雄性小鼠在嗅探后选择交配行为时，不同的神经元按顺序被激活。在嗅探过程中，嗅探神经元是活跃的，但当小鼠开始交配时，该组神经元被关闭，另一组 MPOA 神经元开始活跃。然而，当 BNST 神经元被沉默时，嗅探神经元继续活跃，而交配神经元从未被激活。3 c) c. v, Y* e9 ^8 w/ [" ^
由此看来，终纹床核（BNST）是一个控制小鼠嗅觉-行为的关键闸门，协调小鼠从嗅探到交配（对雌性）或是攻击（对雄性）的过渡。然而，出乎意料的是，BNST 使用不同的机制来控制这个闸门：在交配情况下，BNST 通过质量控制进行操作——确保 MPOA 中的嗅探神经元被关闭，并被交配神经元所取代；在攻击情况下，BNST 则通过数量控制起作用——确保 VMHvl 中有足够数量的 male-tuned 神经元活跃，以达到攻击的阈值。
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BNST沉默对MPOA和VMHvl行为表征的差异效应
0 J7 x3 M8 H! n5 D$ A) @5 b8 _# ]总而言之，这项研究阐明了一个基本问题，即雄性小鼠大脑如何将陌生小鼠的性别信息转化为执行特定行为的决定。由此揭示了终纹床核（BNST）通过重塑下丘脑中的性别和行为特异性神经元活性表征，控制雄性小鼠在社会行为网络中的神经表征的转换。
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