浙江大學最新Science文章

　　來自浙江大學求是高等研究院和醫學院神經科學研究中心，中科院上海生命科學研究所等處的研究人員發表了題為“History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance”的文章，利用光遺傳學等方法，實時調控和測試了小鼠的社會競爭行為，從中首次確定了前額葉皮層對社會競爭的動態控制，第一次發現了哺乳動物大腦中“勝利者效應”的神經環路。

　　這一研究成果公布在7月13日的Science雜志上。文章的通訊作者是浙江大學胡海嵐教授，胡海嵐博士早年畢業于北京大學生物系，課題組主要從事可塑性的細胞與環路機制研究。

　　我們的大腦是如此奇妙，它不僅指揮著我們的行為，也能反過來被行為塑造。很多人也許在生活中體驗過：先前的獲勝經歷，會使之后的勝利變得更加容易——這就是所謂“勝利者效應”。

　　在這篇文章中，研究人員利用光遺傳學等方法，實時調控和測試小鼠的社會競爭行為。他們發現如果增強小鼠的內側前額葉這一特定腦區的神經活動，就能幫助其在社會競爭中戰勝原先高等級的對手，實現“逆襲”。這樣的逆襲反復累積到一定程度，小鼠提升的等級就會穩固下來，恰體現出“勝利者效應”。

　　研究小鼠的社會競爭，胡海嵐研究組已經積累了深厚的基礎。一個穩定有效的行為學范式是“鉆管測試”。一個細長的管子，兩只小鼠分別從管子兩頭鉆入，迎面遇上。正所謂“狹路相逢勇者勝”，兩只小鼠中總有一只會通過不斷地推擠，讓另一只節節后退，最終被擠出管子。勝負往往在半分鐘之內就見分曉。把一只籠子里的幾只小鼠兩兩配對，進行鉆管測試，就能分出這些小鼠的社會等級：高等級的小鼠幾乎每戰必勝，而等級最低的小鼠則每一次都被對手擠出管外。

　　什么決定了管子中兩只小鼠的輸贏？

　　胡海嵐研究組在小鼠進行鉆管比試時對其前額葉皮層進行了多通道的在體電生理記錄，發現當小鼠消極后退時，其前額葉皮層的神經元的活動沒有變化；但當小鼠付出“努力”，做出推擠和抵抗時，該腦區的神經元活動即顯著增強。

　　研究人員用藥理遺傳學手段降低小鼠前額葉皮層活動性，就觀察到小鼠在鉆管測試中的推擠行為顯著減少，并且降低了等級地位。反過來，用光遺傳學方法激活前額葉皮層，就能使小鼠在鉆管測試中主動發出更多的推擠，使原先低等級小鼠戰勝原先高等級的對手。

　　圍繞前額葉皮層的這一系列實驗結果成為胡海嵐研究組進一步探索“勝利者效應”神經科學機制的基礎。他們發現，如果小鼠有6次以上被光誘導而戰勝對手的經歷，就能維持等級，即便此后不再給光，也可以繼續戰勝以前的對手。而光照小于5次的小鼠大部分都恢復了原先的等級。研究人員抓住這一發現繼續開展實驗，證明從中縫背側丘腦投射往前額葉皮層的神經環路在“勝利者效應”中發揮關鍵作用。強化這一神經環路，可以讓低等級的小鼠連續戰勝高等級的小鼠。

　　等級一旦變化，小鼠在多種競爭環境中的行為都會改變。研究人員又為小鼠設計了另一種測試：在籠內一塊冰冷的板子上，只有一個角落被熱源加熱，成為溫暖的窩。同籠幾只小鼠經過一番爭奪，總是高等級的那只奪得熱源。但是，一旦低等級的小鼠經激活前額葉皮層而在鉆管測試中連續獲勝后，再投入熱源爭奪，也會更容易獲勝。這一結果說明“勝利者效應”可以在不同的競爭形式間遷移。

　　胡海嵐研究組的這項研究首次確定了前額葉皮層對社會競爭的動態控制，第一次發現了哺乳動物大腦中“勝利者效應”的神經環路，并且發現了“勝利者效應”在不同行為學范式中的遷移效應。

　　此前胡海嵐研究組也曾在Science上發文，報道了通過基因水平的操作調節小鼠特定腦區的活性，從而實現對小鼠行為的調控，揭開社會等級的神經環路機制。