2017年10月31日,

Mini-microscopes揭示社会行为背后的大脑回路

微型显微镜安装在老鼠的脑袋给研究人员有机会一窥当时社会行为的神经回路。

是天生的本能,如交配或战斗行为通常被认为是硬连接成一个动物的大脑。但是现在,两项研究在生活地图的大脑活动老鼠显示,社会经历可以影响大脑对其他老鼠的反应。结果,最近发表在期刊自然和细胞,展示如何在大脑中一些本能的学习,说霍华德休斯医学研究所研究员大卫·安德森(霍华德·休斯医学研究所)的加州理工学院。

“我们开始了解大脑的部分之间会发生什么,在感官信息和生产的部分行为,”安德森说。

神经科学家想了解大脑如何将视觉、声音和气味进入外部世界的照片。对动物、气味还提供线索附近其他人的年龄和性别;这些信息可以触发的本能行为。男性和雌性老鼠共享一个笼子会交配,例如,虽然两个男性往往会为领土而战。

安德森和哈佛大学的霍华德·休斯医学研究所的研究员凯瑟琳·霍华斯此前就已确定大脑区域控制老鼠的社会行为。安德森已经利用基因和optogenetic方法识别大脑区域负责积极的控制和交配行为。霍华斯也用类似的方法来研究涉及的神经通路在雄性和雌性老鼠的吸引力的社会行为。

现在,研究人员可视化在清醒小鼠大脑活动互动通常与老鼠和其他刺激。独立工作,霍华斯和安德森映射的大脑活动模式在不同的大脑区域,而老鼠嗅,忽视,战斗,或与其他老鼠交配。霍华斯也追踪大脑活动引发的捕食者和婴儿的气味。

持久的大脑的变化

霍华斯和她的同事记录大脑活动在内侧杏仁核,下丘脑的杏仁状结构传递气味信号。首先,研究人员利用基因技巧引入蛋白质,灯光在活跃的脑细胞。然后,团队安装轻量级显微镜个别老鼠的头,看着这大脑细胞活跃当每个camera-wearing老鼠遇见另一个鼠标。薄玻璃棒植入扁桃体收集光从活跃的脑细胞和作为显微镜的镜头。研究人员记录神经活动而录像老鼠的行为在不同的社交场合。

霍华斯的团队看到不同的神经元集群点燃当老鼠遇到的异性。在男性和女性中,这些性别神经模式是完全不同的,霍华斯说。实际上,令人惊讶的是,交配的行为改变了大脑的活动模式。后住房处女老鼠在笼子里的老鼠的异性15天,小鼠长期变化在大脑中,霍华斯和他的同事们发现。

这一发现的关键是一个雄心勃勃的实验中,研究人员跟踪鼠标行为和神经活动(通过头戴mini-microscopes)定期连续超过三个月,技术专长,科学家还没有尝试过。

性经验加强大脑的反应异性的气味,并提高了动物分辨男性和女性的能力,研究人员发现。这是一个迹象表明经验——学习——可以帮助塑造动物的本能,霍华斯说。

“这是吃惊的大脑活动模式被认为是本能地激活气味实际上改变经验改变停留超过一个月,”霍华斯说。

在雄性老鼠,催产素——闻名孕产妇和社会纽带作用,可能参与调节这些长期改变大脑,霍华斯的研究小组发现。在雌性老鼠,怀孕也发生了变化大脑的活动模式。怀孕期间和之后,捕食者的气味(脏老鼠床上用品)没有触发那样大的神经反应在怀孕前老鼠。发现脱颖而出,霍华斯说,因为怀孕的女性和新妈妈已被证明减少了对压力的反应。她的团队,与斯坦福大学的霍华德·休斯医学研究所的研究员马克·施尼策尔和没吃在哈佛,结果10月26日报道,2017年细胞。

探索下丘脑

加州理工学院,安德森和他的同事们也想可视化神经回路在雄性老鼠参与社会行为。施尼策尔包括斯坦福大学的研究人员,使用相同的显微技术植入霍华斯的团队,但腹内侧下丘脑的镜头,一个古老的进化结构参与社会行为。安德森的团队拍摄活动的一个特定的人口产生雌激素受体的神经元,这是众所周知的对社会行为的影响。

安德森的团队把显微镜处女,社会孤立的雄性老鼠,让他们在一个互动交流的方式与五种不同的女性和五个不同的男性,每两分钟,连续好几天。研究者成像相同的神经元跨多个试验和多个日子里,和相关的神经活动的变化与社会行为的变化,如嗅探、安装和攻击。

在男性的最初接触男性或女性游客,研究者观察到小交配或战斗,和相同的神经元照亮了针对两性。但由于持续的社会经验,男性游客逐渐开始与雌性交配,然后攻击男性游客。与此同时,更多的神经元开始专门应对一个或另一个性别,和更少的。

“我们看到这些活动模式实时改变老鼠的大脑学会区分男性和女性,”安德森说。

在一组不同的实验中,安德森的团队表明,只是一个短暂的和一只母老鼠经验可以发挥很大的作用在处女男性的大脑,以及在他的攻击性行为。只要30分钟的性经历足以促进女性和男性的神经激活模式时,24小时后进行测试。短幽会也引起雄性表现出攻击性第二天,而没有这种经验的男性非侵蚀性的。三十分钟的经验与男性没有这样的效果。

研究结果表明,尽管交配和战斗是天生的行为,老鼠的大脑必须学会区分男性和女性才能正确地表现出这两种行为,安德森说。“学习组件这些本能的行为。”