7月13日,在
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
,一只小老鼠豆豆,在众人的见证下实现了
逆袭
:
等级测试实验中,豆豆在一笼4鼠中处于最下游位置,第4。也就是说,排在它前面的每一只老鼠,都可以过“吃饭、睡觉、打豆豆”的日子,但豆豆只能吃饭、睡觉。
课题组改变了豆豆,他们对豆豆的一些脑神经细胞进行激活。
接下来,神奇的事情发生了——小豆豆在领地竞争中,战胜了第三名,第二名……甚至第一名。
经历了6次以上的胜利后,曾经孱弱的豆豆已经所向披靡:它可以不再借助科学家的帮助,一直保持胜利。
胜利者豆豆的大脑在发生变化,是什么令它开了挂?
2017年7月14日,
胡海岚研究组
在
《科学》
杂志上,以
长文(Research Article)
形式发表文章(题为
《胜负经历
重塑丘脑到前额叶皮层环路以调节社会竞争优势》
),从神经机制角度,解答了这个问题。
论文作者全部是女科学家 右起:周亭亭博士、导师胡海岚教授、朱鸿博士和范郑晓博士 通讯员卢绍庆/摄
豆豆(老鼠B)逆袭视频:
前半段,没有神经刺激的时候,豆豆输掉领地争夺战,仓皇退出;后半段,被光刺激的脑部神经细胞后,豆豆一闪一闪地把原本比它强的A鼠给逼出领地。
前额叶皮层神经细胞被激活,
排位垫底的小老鼠改变排行榜格局
和人类一样,老鼠和其他动物的世界里,都有稳定的等级制度存在。这种等级呈线性——一鼠压着一鼠;同时保持稳定。
胡海岚团队的研究者们以豆豆们(学名:C57小鼠)为模型,设计了一系列的实验:
科学家让两只小鼠在一个促狭的管子里相遇。处于领地占领意识,两头的小鼠都要往前冲。
在这个过程中,它们会在管子中部相互推挤。图片来源:知乎
最终:等级地位低的小鼠,会主动退出或者被等级地位高的小鼠推出管子。
豆豆(老鼠B)怂了
在两只小鼠在管子中竞争时,科学家正聚焦它们的前额叶皮层的神经细胞的动态活动。她们发现:
当小鼠进行推挤或者抵抗住对方推挤的时候,大脑前额叶皮层的神经细胞的活动就会有显著的增加
。
额叶皮层(prefrontal cortex)所在区域 图片来源:mybrainnotes.com
这个脑区有多重要?有研究发现:恋爱中的男女
前额皮层会自动暂时关闭,使得他
们对对方不再怀疑或持批评态度。
胡海岚实验室的小鼠正在提示科学家们:
前额叶皮层神经细胞的电活动,可能控制着小鼠在社交对抗过程中的精神战斗力,从而改变了它们的社会等级排位
。
A、用药理遗传学的方法抑制高等级小鼠前额叶皮层神经细胞的活动。结果发现:这些老鼠在社交对抗中变得更加消极:推挤更少,后退更多,最终还输给了原先低等级的小鼠。
B、接着,团队又尝试去激活这群神经细胞。
他们在小鼠前额叶皮层的神经元细胞中嵌入光敏感的蛋白基因,并将光纤植入到这群神经元上方。这样蓝色激光就可以通过光纤,激活这群神经元。
对原来等级地位第三的老鼠进行光激活后,它立马变得勇猛了
当她们打开蓝色激光器激活小鼠的前额叶皮层细胞时,戏剧性的一幕发生了:
原来等级低的老鼠在接受蓝光照射的时候,变得自信而英勇,发出了更多推挤,并且能够坚持更久,最终将原先等级低的小鼠推出了管子。
当前额叶皮层细胞被人物激活后,豆豆(老鼠B)逆袭了
研究者们继续对这些小鼠的行为进行了仔细的分析,她们发现:
如果重复地用蓝色激光刺激一只低等级的小鼠,帮它赢得竞争,当次数多于6次时,之后连续几天,这只低等级小鼠就可以不依赖光刺激,自行成功逆袭,一路杀到自己成为最高等级的小鼠,并且一直将战果维持下去。
重复的胜利经历,有可能对小鼠的大脑产生了长期的改变。
这种改变发生在哪里?是怎么样的改变?
研究者发现:重复的胜利,增加了丘脑到前额叶皮层这个环路的连接强度。
“有可能是形成环路的神经突触结构发生了整体的增多,也有可能是每一个神经突触都变强了。”胡海岚解释。
如果在重复的胜利之后,人为地削弱这个环路的连接强度,则会让“胜利者效应”消失;
更加让人震惊的是:研究者用高频的光照,直接诱导这个环路的连接长时程地不断增强,这让豆豆这样原本低等级的小鼠,能够在接下来连续几天,先后战胜等级越来越高的小鼠,直到实现
真正的逆袭
。