成功的经历会带来更多成功?浙大神经科学家发现背后的脑机制

澎湃新闻记者 王盈颖

2017-07-14 07:02 来源:澎湃新闻

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美国拳王迈克·泰森如何在出狱后复出的故事为世人津津乐道。他先和两位实力在他之下的拳手对抗,获得连胜,随后击败“强敌”弗兰克·布鲁诺,夺回金腰带。这一桥段被神经科学家称为“胜利者效应”的典范——动物在战胜一些较弱的对手后,再与更强的竞争者较量,这样的胜算将比直接面对强敌大得多。
但此前,科学家尚且不知道的是,是什么决定着“胜利者效应”的出现?其背后的脑机制是怎样的?现在,这一谜团的一角已经被浙江大学求是高等研究院和医学院神经科学研究中心的胡海岚研究组揭开。
胡海岚教授。  中国教育新闻网 资料图
7月14日,顶级期刊Science以长文方式在线发表了胡海岚团队与合作者的研究文章。通过巧妙的实验设计,研究人员在雄性小鼠上首次确定了大脑前额叶皮层对社会竞争的动态控制,第一次发现了哺乳动物大脑中“胜利者效应”的神经环路——中缝背侧丘脑投射往前额叶皮层的环路。
神经环路是脑内不同性质和功能的神经元通过各种形式的复杂连接,在脑信息传递和处理的 过程中发挥着重要作用。
在人类社会中,竞争不局限于拳击的角斗场,而是无处不在。这项最新研究将为社会行为相关的疾病提供治疗思路。“至少我们可以去理解为什么有的人在竞争中缺乏动力,也许是这个环路上的神经活动水平比较低。”胡海岚说。
不仅如此,她们还发现“胜利者效应”是可以在不同行为中迁移的。“这对实际生活有更重要的指导意义。”胡海岚对澎湃新闻(www.thepaper.cn)表示。举例而言,也许在一场艰难的网球比赛前,你可以通过进行比网球更容易获胜的比赛,甚至是电子游戏里的比赛,来提高信心。
接下来,胡海岚透露说,他们希望进一步探究,前额叶皮层通过哪些下游的神经环路来执行和社会竞争相关的行为。目前的研究局限于雄鼠,她们也想知道在不如雄鼠好斗的雌鼠身上,相关的脑机制是不是有区别。此外,获胜时的快感本身会不会促进“胜利者效应”,这个问题也有待回答。
小鼠间的竞争与“逆袭”
早在6年前,胡海岚研究组在Science上发表过另一篇关于小鼠竞争关系的研究论文。他们当时发现,通过钻管测试,就可以区分小鼠的竞争能力,划分出等级地位高和等级地位低的小鼠。
所谓钻管测试,指的是让两只小鼠在一个狭窄的管道里相向而行。管道只容得下一只小鼠通过,两只小鼠会相互推挤。最终,竞争能力强的小鼠会“强势”地将竞争能力弱的小鼠挤出管道,竞争能力弱的小鼠也会出现主动退出的情况。
钻管测试模拟图
谁在钻管上强势,谁就一定社会等级高、竞争力强吗?胡海岚后来在多项实验中证实,钻管试验能可靠地区分小鼠的竞争力。在钻管中获胜的小鼠不仅能获得更多的食物、标记更大的领地,还能对异性小鼠唱出更多的求偶歌曲,甚至偶尔会拔掉竞争能力弱的小鼠胡须。
那么,是哪个脑区在影响着一只小鼠在钻管测试中的表现呢?在2011年的Science文章中,胡海岚研究组就通过电生理记录、基因操作等方式初步确认,大脑内侧前额叶这一脑区可以调节小鼠在社会竞争中的地位。
而在2017年此次发表的新工作中,借用药理遗传学和光遗传学的实验方法,胡海岚研究组发现,人为调节前额叶皮层神经细胞的活动水平高低会“逆转”小鼠的竞争关系:
被抑制了这群细胞活动的好斗小鼠会变得消极,不再好斗、好推挤,还出现了主动后退的现象,最终在钻管比试中输给原先的“手下败将”。而原先战败的小鼠在被研究人员激活这群细胞后,变得更英勇,发出了更多的推挤,最终“逆袭”为获胜者。
“胜利者效应”的出现和迁移
就在使用光遗传学激活小鼠的前额叶皮层,助力其赢得钻管比试的实验中,胡海岚研究组发现了一个意外的有趣现象:在停止用激光来激活神经元后,有的小鼠仍然保持着比以前更强的竞争力,有的小鼠则“打回原样”了。而前者正体现了“胜利者效应”。
仔细对比后,他们发现,那些有过6次以上被光诱导并战胜对方经历的小鼠,就算停止光刺激,也不会“打回原样”。到底,重复的胜利经历对小鼠的大脑产生了什么长期改变?研究人员开始思考这个问题。
在此前的研究中,胡海岚研究组已经确认,前额叶皮层调控着小鼠的竞争力,但和前额叶皮层相连的脑区有多个,哪个和前额叶皮层的环路才决定着“胜利者效应”?胡海岚研究组在一篇论文中获得启发。一个意大利研究组发现,当动物被打败时,中缝背侧丘脑投射往前额叶皮层的神经元连接强度会降低。
而“胜利者效应”恰好与之相反。她们开始猜测,在连续获胜的情况下,动物大脑中缝背侧丘脑投射往前额叶皮层的神经环路是不是会加强?在实验中,她们得到了肯定的答案。但这只是回答了“相关性”,还不能是确凿地肯定这一环路和“胜利者效应”之间存在因果关系。
于是,她们进行了功能丢失和功能获得实验。结果显示,如果小鼠经历反复胜利,但被人为地长时间削弱这一环路的连接强度,那么“胜利者效应”不会出现。反之,竞争力弱的小鼠如果直接被人为长时间增强这一环路的连接强度,它能在接下来的几天里屡屡成为好斗的胜利者。
确认因果关系后,研究人员没有停止探索。胡海岚想知道,“胜利者效应”是不是可以在多个行为中通用。于是,胡海岚和研究生周亭亭、朱鸿和范郑晓一起设计了“热源争夺测试”。
热源争夺测试模拟图
四只小鼠被关在同一只冰冷的笼子里,笼子里只有一个角落是温暖的,但只容得下一只小鼠。在争夺温暖角度的过程中,研究人员发现,在钻管测试中屡战屡胜的小鼠,在热源争夺中也更占优势。这表明,在不同形式的竞争场景中,胜利的经历所带来的效果是可以相互转移的。
责任编辑:王盈颖澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 胜利者效应,浙大,胡海岚,science,小鼠,竞争关系,澎湃,澎湃新闻

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