科学家揭示雌雄行为差异的神经机制,科学家揭

作者: 生命科学  发布:2019-11-12
科学家揭示纹状体脑区在运动学习过程中的神经机制

科学网1月18日上海讯 中科院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室许晓鸿课题组首次通过光遗传手段在不同性别的小鼠中同时诱导出雄性求偶行为和母性行为,同时通过多种方法证明内侧视前区表达雌激素受体(Estrogen receptor α,Esr1)的神经元在介导雌雄行为差异中起关键作用。今天,相关研究论文在线发表于《自然-通讯》杂志。

5月9日,中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室蒲慕明院士研究组在《美国科学院院刊》在线发表了题为《运动学习中背外侧纹状体直接通路和间接通路神经元稳定、独特的顺序性电活动的涌现》。该工作系统描述了背外侧纹状体直接通路和间接通路的同一群神经元在运动学习过程中的电活动变化,并且揭示了神经元集群的电活动如何经过学习依赖的时序重构最终形成独特、稳定的顺序性发放模式,同时发现两条通路的神经元活动在运动行为中具有相对独立又彼此配合的角色分工。

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运动技能的学习和掌握对于个体的生存至关重要。背外侧纹状体脑区主要接收来自感觉运动皮层四肢代表区的投射,在正常运动功能的执行、运动技能的学习以及习惯形成中具有重要的作用。已知该脑区主要分布着由多巴胺1型和2型受体分别标记的多棘投射神经元,分别介导了基底神经节运动调控中的两条经典通路,直接通路和间接通路。传统的拮抗模型认为直接通路促进运动,间接通路抑制运动。不同于拮抗模型中简单的“推-拉”式作用,协同模型认为,直接通路会促进期望运动的产生,间接通路会抑制那些与目的无关的竞争性运动。

在有性繁衍的物种中,雌雄个体在求偶行为和后代照看行为中表现出不同。这些雌雄行为差异在人类和非人灵长类中可能由社会因素决定,而在其他物种中则更多反映了神经系统的性别分化和雌雄神经系统的功能不同。内侧视前区位于大脑的底部,下丘脑的前端,在包括人在内的很多物种中都存在显着的雌雄差异,在细胞数目、基因表达以及神经联结等多方面雌雄不同,因此内侧视前区一直以来被认为是调控雌雄行为差异的重要脑区。然而,对于内侧视前区的研究长期以来停留在描述性或者损伤性实验上,缺乏精确的功能学层面的研究,因此对于内侧视前区是否调控雌雄行为差异以及其行为调控的神经机制我们一直都不清楚。

纹状体神经元在运动技能学习过程扮演一个重要的角色,在运动皮层选择控制运动行为的电活动模式时,起一个闸门式的调节作用。迄今,关于直接通路和间接通路神经元在运动学习过程的参与机制仍存有争议。

为了回答这一问题,许晓鸿课题组利用最新的光遗传学和光纤记录等研究方法,同时在雌雄小鼠中系统性地探究了内侧视前区神经活动和性别二样性行为输出之间的关系。首先,他们发现内侧视前区神经元,尤其是Esr1+神经元的神经活动和雄性求偶行为和母性行为发生次数高度相关。令人兴奋的是,激活内侧视前区神经元或者是特异性地激活Esr1+神经元在雌雄个体中都可以同时诱导出雄性求偶行为和母性行为,表明内侧视前区在任一性别个体中都具有支配任一性别特异性行为的潜能。同时,如果在行为过程中实时阻断内侧视前区Esr1+神经元的神经活动,则可以阻止雄性求偶行为和母性行为的发生。相应地,杀死Esr1+ 神经元则完全消除雄性求偶行为和母性行为的性别差异。

据介绍,研究人员在这项研究中重点关注三个问题:第一,运动学习将会如何影响背外侧纹状体神经元的活动?第二,运动学习产生的影响在背外侧纹状体的直接通路和间接通路神经元活动中是否有差异?最后,若两条通路神经元活动变化不同,是否能够揭示通路特异性的功能差异?

“这项研究提出性别分化后大脑仍然具有双性潜能的假说,并提出内侧视前区Esr1+神经元的性别特异性激活是造成雌雄行为差异的关键因素。”研究人员表示,这不仅增强了人们对于内侧视前区功能的了解,也为未来性别二样性行为神经机制的研究提供了理论基础和框架。

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