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？什么又是驅(qū)動兩性性飽足的關(guān)鍵因素？

《科學》近日發(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年的研究，他們發(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》，這項研究可以幫助我們理解社會經(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。

李瑩團隊 受訪者供圖

性與大腦

大腦是身體最復雜的器官，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，雄性和雌性動物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所面臨的風險和精力浪費，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并不清楚。

“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，這對于理解人類社會行為的神經(jīng)基礎(chǔ)有重要意義。”論文的共同第一作者、北京腦科學與類腦研究中心與北京大學聯(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（BNST^Esr2）。

通過在自由運動的小鼠中進行鈣成像發(fā)現(xiàn)，相比于該區(qū)域其他類型的神經(jīng)元，BNST^Esr2?神經(jīng)元在雄性動物射精以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。

有趣的是，射精結(jié)束后，雌雄小鼠中均有約一半的BNST^Esr2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，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)，“但是我們通過實驗室創(chuàng)新技術(shù)，克服了以往小顯微鏡手術(shù)成功率很低的難題，極大提高了實驗效率?！?/p>

全新的研究視角

為了進一步研究 BNST^Esr2?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BNST^Esr2?神經(jīng)元鈣活動進行長時程追蹤，全面比較了雌雄鼠在成功交配不同階段以及交配動機恢復前后的自發(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，并在整個性飽足期持續(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 BNST^Esr2?神經(jīng)元活動，能在30分鐘以內(nèi)的短時間恢復其交配能力；而通過Caspase3選擇性殺掉雄性小鼠的BNST^Esr2?神經(jīng)元,小鼠能夠持續(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BNST^Esr2?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BNST^Esr2?神經(jīng)元在抑制交配動機而不是交配動作方面發(fā)揮了重要的作用。

為了解 BNST^Esr2?神經(jīng)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的兩性小鼠中，記錄了 BNST^Esr2?神經(jīng)元的電生理特性。實驗發(fā)現(xiàn)，與無性經(jīng)驗和交配能力恢復的小鼠相比，處于性飽足狀態(tài)小鼠具有更多 BNST^Esr2?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BNST^Esr2?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BNST^Esr2?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)驗如何引起的大腦內(nèi)部狀態(tài)改變這一重要科學問題方面取得了重要突破，也為我們理解性經(jīng)驗如何引起大腦持久改變提供了一個全新的角度。

但李瑩也表示，不同的社會經(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還很不一樣，這背后的神經(jīng)機制是什么并不清楚?！?/p>

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/science.abl4038

源：《科學》