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性經(jīng)驗(yàn)如何改變大腦內(nèi)部狀態(tài)?中國(guó)神經(jīng)科學(xué)家研究獲重要進(jìn)展
本能社會(huì)行為尤其是性行為是個(gè)體生存和繁衍的基礎(chǔ)。那么,性經(jīng)驗(yàn)是如何引起大腦內(nèi)部狀態(tài)改變并影響本能行為抉擇的?驅(qū)動(dòng)兩性性飽足的關(guān)鍵因素又是什么?
近日,《科學(xué)》發(fā)表了北京腦科學(xué)與類腦研究中心研究員李瑩團(tuán)隊(duì)的最新進(jìn)展。經(jīng)過3年研究,該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)射精是驅(qū)動(dòng)兩性性飽足狀態(tài)的關(guān)鍵事件,并首次在小鼠大腦邊緣系統(tǒng)的終紋床核(BNST)中發(fā)現(xiàn)可以持續(xù)編碼過往性經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)環(huán)路,闡明了性經(jīng)驗(yàn)如何影響兩性動(dòng)物的交配動(dòng)機(jī)。
李瑩告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》,這項(xiàng)研究可以幫助人們理解社會(huì)經(jīng)驗(yàn)在大腦中持久表征的神經(jīng)機(jī)制,以及這種表征如何長(zhǎng)期影響動(dòng)物行為。
動(dòng)物行為與神經(jīng)元活動(dòng)
大腦是身體最復(fù)雜的器官,它能夠?qū)⒏鞣N感覺信息轉(zhuǎn)換為不同的神經(jīng)信號(hào),進(jìn)而調(diào)控運(yùn)動(dòng)。這種感覺-運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換與個(gè)體的內(nèi)部狀態(tài)密切相關(guān),并受過往經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)。而社會(huì)經(jīng)驗(yàn),尤其是性經(jīng)驗(yàn),可以引起社會(huì)行為相關(guān)神經(jīng)回路的長(zhǎng)期變化,并影響交配、打斗和照顧幼崽等本能行為。
在小鼠中,雄性和雌性成功交配后通常會(huì)失去交配興趣,達(dá)到性飽足狀態(tài),而這種內(nèi)部狀態(tài)的改變不僅可以避免尋找新伴侶面臨的風(fēng)險(xiǎn)和精力的浪費(fèi),對(duì)提高子代繁殖率也至關(guān)重要。然而關(guān)于兩性大腦中是否存在特異的神經(jīng)環(huán)路編碼性飽足狀態(tài),以及該編碼如何長(zhǎng)期影響個(gè)體行為抉擇尚不清楚。
“嚙齒類小鼠與人都是哺乳動(dòng)物,具有一定的生物相似性。我們以交配行為為例,希望研究清楚社會(huì)經(jīng)驗(yàn)是如何導(dǎo)致大腦內(nèi)在狀態(tài)發(fā)生長(zhǎng)期改變的。這對(duì)了解人類社會(huì)行為的神經(jīng)基礎(chǔ)具有重要意義。”論文共同第一作者、北京腦科學(xué)與類腦研究中心和北京大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生李昂告訴記者。
通過對(duì)照實(shí)驗(yàn),研究人員首先發(fā)現(xiàn)射精是驅(qū)動(dòng)兩性性飽足狀態(tài)的關(guān)鍵事件,該事件可以選擇性激活BNST中表達(dá)Esr2的神經(jīng)元(BNSTEsr2神經(jīng)元)。
通過在自由運(yùn)動(dòng)的小鼠中進(jìn)行鈣成像,研究人員發(fā)現(xiàn),相比于該區(qū)域其他類型的神經(jīng)元,BNSTEsr2神經(jīng)元在雄性動(dòng)物射精及雌性動(dòng)物感受到射精時(shí),均特異性地被強(qiáng)烈激活,而在交配的其他階段沒有明顯反應(yīng)。
有趣的是,射精結(jié)束后,雌雄小鼠中約有一半的BNSTEsr2神經(jīng)元仍保持15至30分鐘較長(zhǎng)時(shí)間的自發(fā)活動(dòng)增強(qiáng)。這提示此類神經(jīng)元可能持續(xù)編碼成功交配后動(dòng)物內(nèi)部狀態(tài)的改變。
李昂告訴記者,微小顯微鏡鈣成像技術(shù)是研究動(dòng)物行為與神經(jīng)元活動(dòng)關(guān)系的前沿方法。在小鼠腦部植入透鏡并通過微小顯微鏡成像后,可以清晰地看到每個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)狀態(tài)?!按送?,我們通過實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新技術(shù),克服了以往微小顯微鏡手術(shù)成功率很低的問題,極大提高了實(shí)驗(yàn)效率。”
全新的研究視角
為了進(jìn)一步研究BNSTEsr2神經(jīng)元是否持續(xù)編碼個(gè)體性飽足狀態(tài),研究人員對(duì)兩性小鼠的BNSTEsr2神經(jīng)元鈣活動(dòng)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)程追蹤,全面比較了雌雄鼠在成功交配不同階段及交配動(dòng)機(jī)恢復(fù)前后的自發(fā)活動(dòng)情況。
他們發(fā)現(xiàn),兩性小鼠僅在性飽足狀態(tài)下表現(xiàn)出更大幅度和更高頻率的自發(fā)鈣活動(dòng),這種活動(dòng)在整個(gè)性飽足期可持續(xù)數(shù)天。
研究人員還發(fā)現(xiàn),在達(dá)到性飽足的兩性小鼠中,利用化學(xué)遺傳學(xué)方法抑制BNSTEsr2神經(jīng)元活動(dòng),能在30分鐘以內(nèi)恢復(fù)其交配能力;而通過Caspase3選擇性殺掉雄性小鼠的BNSTEsr2神經(jīng)元,小鼠會(huì)持續(xù)交配數(shù)天,即無法達(dá)到性飽足狀態(tài)。相反,在嗅探階段而不是交配開始以后激活BNSTEsr2神經(jīng)元,可以抑制正常雄性小鼠交配起始。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步表明BNSTEsr2神經(jīng)元在抑制交配動(dòng)機(jī)而不是交配動(dòng)作方面發(fā)揮了重要作用。
為了解BNSTEsr2神經(jīng)元活動(dòng)持續(xù)變化的機(jī)制,研究人員使用全細(xì)胞膜片鉗方法,分別在無性經(jīng)驗(yàn)、性飽足和交配能力恢復(fù)的兩性小鼠中,記錄了BNSTEsr2神經(jīng)元的電生理特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),與無性經(jīng)驗(yàn)和交配能力恢復(fù)的小鼠相比,處于性飽足狀態(tài)小鼠的更多BNSTEsr2神經(jīng)元表現(xiàn)出更高興奮性。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),處于性飽足狀態(tài)下的雄性小鼠BNSTEsr2神經(jīng)元會(huì)表達(dá)更多環(huán)狀核苷酸門控通道(HCN),而該現(xiàn)象在雌性小鼠中并不顯著。使用CRISPR/Cas9技術(shù)在BNSTEsr2神經(jīng)元選擇性敲除Hcn1基因,雄性小鼠表現(xiàn)出明顯的性飽足狀態(tài)缺失。
李瑩說,這項(xiàng)研究涵蓋了神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的許多前沿技術(shù),在揭示性經(jīng)驗(yàn)如何引起大腦內(nèi)部狀態(tài)改變這一重要科學(xué)問題方面取得了重要突破,也為人們了解性經(jīng)驗(yàn)如何引起大腦持久改變提供了一個(gè)全新角度。
但李瑩也表示,不同社會(huì)經(jīng)驗(yàn)還會(huì)引起其他本能社會(huì)行為的長(zhǎng)期改變,如母性行為、打斗行為等,“這些改變?cè)诖菩凼笾泻懿灰粯?,目前還不清楚這背后的神經(jīng)機(jī)制是什么”。
(作者:田瑞穎)
- 原標(biāo)題:性經(jīng)驗(yàn)如何改變大腦內(nèi)部狀態(tài) 我國(guó)神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
- 責(zé)任編輯: 房佶宜 
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