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性經(jīng)驗如何改變大腦內(nèi)部狀態(tài)?中國神經(jīng)科學家研究獲重要進展
本能社會行為尤其是性行為是個體生存和繁衍的基礎(chǔ)。那么,性經(jīng)驗是如何引起大腦內(nèi)部狀態(tài)改變并影響本能行為抉擇的?驅(qū)動兩性性飽足的關(guān)鍵因素又是什么?
近日,《科學》發(fā)表了北京腦科學與類腦研究中心研究員李瑩團隊的最新進展。經(jīng)過3年研究,該團隊發(fā)現(xiàn)射精是驅(qū)動兩性性飽足狀態(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)驗的神經(jīng)環(huán)路,闡明了性經(jīng)驗如何影響兩性動物的交配動機。
李瑩告訴《中國科學報》,這項研究可以幫助人們理解社會經(jīng)驗在大腦中持久表征的神經(jīng)機制,以及這種表征如何長期影響動物行為。
動物行為與神經(jīng)元活動
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,進而調(diào)控運動。這種感覺-運動轉(zhuǎn)換與個體的內(nèi)部狀態(tài)密切相關(guān),并受過往經(jīng)驗調(diào)節(jié)。而社會經(jīng)驗,尤其是性經(jīng)驗,可以引起社會行為相關(guān)神經(jīng)回路的長期變化,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失去交配興趣,達到性飽足狀態(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險和精力的浪費,對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),以及該編碼如何長期影響個體行為抉擇尚不清楚。
“嚙齒類小鼠與人都是哺乳動物,具有一定的生物相似性。我們以交配行為為例,希望研究清楚社會經(jīng)驗是如何導致大腦內(nèi)在狀態(tài)發(fā)生長期改變的。這對了解人類社會行為的神經(jīng)基礎(chǔ)具有重要意義?!闭撐墓餐谝蛔髡摺⒈本┠X科學與類腦研究中心和北京大學聯(lián)合培養(yǎng)博士生李昂告訴記者。
通過對照實驗,研究人員首先發(fā)現(xiàn)射精是驅(qū)動兩性性飽足狀態(tài)的關(guān)鍵事件,該事件可以選擇性激活BNST中表達Esr2的神經(jīng)元(BNSTEsr2神經(jīng)元)。
通過在自由運動的小鼠中進行鈣成像,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)元在雄性動物射精及雌性動物感受到射精時,均特異性地被強烈激活,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分鐘較長時間的自發(fā)活動增強。這提示此類神經(jīng)元可能持續(xù)編碼成功交配后動物內(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)是研究動物行為與神經(jīng)元活動關(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神經(jīng)元的活動狀態(tài)?!按送?,我們通過實驗室創(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,極大提高了實驗效率?!?
全新的研究視角
為了進一步研究BNSTEsr2神經(jīng)元是否持續(xù)編碼個體性飽足狀態(tài),研究人員對兩性小鼠的BNSTEsr2神經(jīng)元鈣活動進行了長時程追蹤,全面比較了雌雄鼠在成功交配不同階段及交配動機恢復(fù)前后的自發(fā)活動情況。
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,這種活動在整個性飽足期可持續(xù)數(shù)天。
研究人員還發(fā)現(xiàn),在達到性飽足的兩性小鼠中,利用化學遺傳學方法抑制BNSTEsr2神經(jīng)元活動,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,小鼠會持續(xù)交配數(shù)天,即無法達到性飽足狀態(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)進一步表明BNSTEsr2神經(jīng)元在抑制交配動機而不是交配動作方面發(fā)揮了重要作用。
為了解BNSTEsr2神經(jīng)元活動持續(xù)變化的機制,研究人員使用全細胞膜片鉗方法,分別在無性經(jīng)驗、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。實驗發(fā)現(xiàn),與無性經(jīng)驗和交配能力恢復(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)元會表達更多環(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,這項研究涵蓋了神經(jīng)科學領(lǐng)域的許多前沿技術(shù),在揭示性經(jīng)驗如何引起大腦內(nèi)部狀態(tài)改變這一重要科學問題方面取得了重要突破,也為人們了解性經(jīng)驗如何引起大腦持久改變提供了一個全新角度。
但李瑩也表示,不同社會經(jīng)驗還會引起其他本能社會行為的長期改變,如母性行為、打斗行為等,“這些改變在雌雄鼠中很不一樣,目前還不清楚這背后的神經(jīng)機制是什么”。
(作者:田瑞穎)
- 原標題:性經(jīng)驗如何改變大腦內(nèi)部狀態(tài) 我國神經(jīng)科學領(lǐng)域取得重要進展
- 責任編輯: 房佶宜 
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