科學家成功支配了橙腹草原田鼠的「愛情」

By Stephani Sutherland on May 31, 2017

橙腹草原田鼠是一夫一妻制的榜樣。與大多數其他哺乳動物不同，這些可愛的鼠型生物通常會與伴侶白頭偕老，一起撫養幼崽，它們生活有相當一部分的時間都在巢穴中相互依偎，夫妻生活可以說是十分和諧了(tommy：孤獨傳說，猛男落淚)。在本周發表於Nature雜誌上的一系列實驗中，研究人員報告說，他們已經確定了可能推動這些社會關係形成的特定腦迴路。更重要的是，他們發現可以人為操縱這種情感：人為激活該腦迴路時，即使在沒有發情的情況下——通常情況下，發情是先決條件——橙腹草原田鼠之間也會形成這種伴侶關係。

credit: 煎蛋畫師花聽花見

研究人員發現的此腦迴路先前已被證明與學習行為相關，這可能意味著社會關係的本質是心理與精神上的不斷學習與鍛煉。埃默里大學(Emory University)的資深研究人員Robert Liu說，如果這種基礎的社會關係形成機制同樣對人類奏效的話，有希望大大促進醫生對有類似心理及生理缺陷的病人的治療。

迄今為止，大多數對社會紐帶關係的研究都指向兩種神經遞質，催產素與後葉加壓素——它們是在社會紐帶關係的形成中發揮關鍵作用的激素。但是，這個新的發現使得這個工作向前邁進了一大步，我們現在可以確定當動物參與能夠導致持久關係形成的積極的社會互動時，它們特定腦區域之間發生了什麼。Liu補充道。

目前研究工作轉向研究田鼠行為的某些獨特部分：橙腹草原田鼠之間的關係不同於它們的近親，小鼠(mouse)與大鼠(rat)。大多數小鼠或大鼠在與不熟悉的同類共處於一個籠子里時，會提高警惕，攻擊性增強，並對其進行仔細的調查。然而，過一段時間後，再次將同樣的嚙齒動物放在一個籠子里時，它們就會對彼此熟視無睹。

相比之下，每一次的相處都會使橙腹草原田鼠花更多的時間與同伴進行交流，並會進行如互相依偎等更加親密的行為。為了確定田鼠彼此之間的親密程度，研究人員通常會測量它們花費在「偎依(huddling)」——這些毛茸茸的小朋友們互相擁抱並保持不動的行為——上的時間。「這是類似於人類一起聚會休閑放鬆的行為，」Liu說。它們相伴的時間越長，偎依就越緊密。他表示，異性田鼠的偎依經常伴隨著交配行為的發生(tommy：好急，想知道同性之間會不會呀……)，並導致它們之間產生長久的伴侶關係。

為了弄清楚田鼠的大腦中究竟發生了什麼，使得互相熟悉的田鼠彼此之間的吸引力隨著時間的推移變得更加強烈，Liu和他的同事在15隻雌性田鼠大腦中植入了電極，測量了局部場電位——從此數據中可以讀出電極附近數千個神經元的活動。電極被放置在內側前額葉皮層(mPFC)和伏隔核(NAcc)中，已知這兩個大腦區域在解剖學上是相連關係，並且之前已被證明與社會關係的形成相關。同時，對照組將電極植入了mPFC區與靠近NAcc區的另一個大腦區域，但其行為與NAcc區無關。作為實驗對象的田鼠未曾與其他個體產生過伴侶關係，研究人員只對異性戀伴侶進行了研究。

在對大腦神經活動進行基準線測量之後，研究人員將每個雌性田鼠都與不熟悉的雄性田鼠一起置於籠中，通過視頻記錄田鼠行為，同時記錄雌性田鼠的神經活動。記錄顯示mPFC和NAcc區域神經元的神經網路振蕩活動處於相同的低頻下。「這就是所謂的一致性，它表明[兩個腦區]可能會進行互相交談，」Liu說。此外，記錄顯示mPFC中被激發的神經元指導了NAcc神經元的行為：他表示，腦迴路激活的程度越強，偎依現象出現得就越快。大部分田鼠在被放置在一起之後很快就發生了性行為，這使得神經信號沿著神經元飛快傳遞。「我們認為交配往往會提升腦迴路的神經活性，通過某種機制使得它們之間形成伴侶關係。」Liu說。

·閃電約會

接下來，團隊想要測試在沒有發生交配的情況下，激活此電路是否可以驅使田鼠之間形成伴侶關係。為了做到這一點，研究人員使用了光遺傳學技術——這是這種強大技術第一次被用來研究橙腹草原田鼠。他們向12隻雌性田鼠的mPFC區內注射了攜帶了光敏感通道蛋白2基因的病毒，這種蛋白質在被光刺激時會引起神經元「激活(firing)」(10隻雌性田鼠的對照組接受了攜帶無活性蛋白質基因的病毒注射)。研究人員隨後在NAcc區域上放置了一根細小的光導纖維絲，因此，閃光只能激活從mPFC區域延伸過來的神經元。然後，他們設計了一個特殊的籠子，其中有一名雄性被置於雌性田鼠籠內的一個小「牢籠」中。「它們可以看到，聞到和聽到對方; 他們根本無法忍受，「Liu說。每當雌性接近雄性時，研究人員就開始以與之前記錄相匹配的頻率模式刺激mPFC區，使神經信號輸入至NAcc區。

通常，橙腹草原田鼠不會因為不涉及物理接觸的間接交流而產生伴侶關係。但是，在對mPFC-NAcc迴路進行光學刺激之後的第二天，與其餘陌生雄性相比，雌性田鼠更偏愛它們的「監獄」伴侶，這表明對神經迴路的調節足以驅動紐帶關係的形成。對照組的田鼠對它們被監禁的小夥伴沒有額外偏愛。橙腹草原田鼠通常會形成終生的伴侶關係，但Liu說，他們只在試驗一天後測試了光學誘導的行為，所以他們並不知道這種人造關係可能持續多久。

NAcc是大腦獎賞中樞的重要組成部分，以前的研究證明，對清醒的動物(包括嚙齒動物和靈長類動物)的NAcc區域施加刺激會導致它們對當時的附近的任何一個個體立即產生偏好。

紐約大學的神經科學家羅伯特·弗羅姆克(Robert Froemke)(未參與該項研究)說，當你激活那個腦區時，它會讓你喜歡上你當時看到的東西。

但是通過使用光遺傳學技術，研究人員並沒有簡單地只刺激NAcc區域，他們選擇性地接受了mPFC的神經信號輸入，自然調節了紐帶關係形成過程中的NAcc區域活性，研究結果表明這種激活足以使田鼠之間形成至少是短期的紐帶關係。

埃默里大學研究團隊尚未對涉及mPFC-NAcc信號傳導的神經遞質進行研究，但他們懷疑其可能是在大腦的獎賞中樞中起重要作用的催產素和多巴胺(神經遞質)，兩者都被他們列入了下一步的研究計劃中。

德克薩斯大學奧斯丁分校(The University of Texas at Austin)的社會關係研究員史蒂文·菲爾普斯(Steven Phelps)(未參與該項研究)說:「這項研究從根本上向我們展示了一般社會關係的形成過程。」

這種類型的神經迴路活動在之前已經被證明與學習行為相關，但「對社會關係方面的延伸是一個合乎邏輯又非常新穎的觀點。」

本文譯自 SCIENTIFIC AMERICAN，由譯者 Tommygun977 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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