科學(xué)家破解雌雄小鼠共情之謎
2024.03.27近日，中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院教授李勃興和黃瀲滟團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)了雌雄小鼠共情行為的性別差異，并解析了介導(dǎo)共情行為的感覺(jué)模態(tài)、神經(jīng)環(huán)路和潛在分子機(jī)制。相關(guān)成果在線發(fā)表于《神經(jīng)元》（Neuron）。
“我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)雌雄小鼠在面對(duì)痛苦的同伴時(shí)，表現(xiàn)出了明顯的行為差異性。”論文共同通訊作者李勃興告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，該效應(yīng)和機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，不僅推進(jìn)了我們對(duì)共情行為生物基礎(chǔ)的理解，還突顯了遺傳學(xué)、大腦功能與社會(huì)行為之間復(fù)雜的相互作用。
共情是什么
“共情，作為一種理解并分享他人情感的能力，是人類(lèi)和許多動(dòng)物社會(huì)交往的基礎(chǔ)。然而，關(guān)于共情行為的性別差異及其神經(jīng)機(jī)制，我們之前的理解相對(duì)有限。”論文作者、中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院博士后方舜昌表示。
為了適應(yīng)群體生活，個(gè)體需要及時(shí)識(shí)別其他個(gè)體的情緒狀態(tài)并作出適宜的行為反應(yīng)。這種感受、識(shí)別、理解和想象對(duì)方情緒狀態(tài)并產(chǎn)生適宜行為的能力被稱(chēng)為共情（empathy）。當(dāng)目睹同伴經(jīng)歷痛苦時(shí)，個(gè)體會(huì)因情感共情而出現(xiàn)焦慮、不安、恐懼等情緒變化，也會(huì)因認(rèn)知共情而表現(xiàn)出安慰、解救等親社會(huì)行為。
對(duì)個(gè)體而言，共情有助于獲取環(huán)境信息，發(fā)展社會(huì)關(guān)系，更好地融入群體，提高生存率；對(duì)群體而言，共情有助于促進(jìn)利他行為，增進(jìn)凝聚力，發(fā)展道德，維持物種的生存和繁衍。相反，共情出現(xiàn)異常不僅會(huì)引起極端的利己主義，也可導(dǎo)致極端的反社會(huì)行為。此外，共情異常也是孤獨(dú)癥、抑郁癥、精神分裂癥等多種神經(jīng)精神疾病的共同特征。
方舜昌表示，隨著共情研究的逐漸深入，人們對(duì)共情的認(rèn)識(shí)逐漸加深，但是仍有許多問(wèn)題尚待解決。如，個(gè)體如何感知他人的情感狀態(tài)，如何將感知信息轉(zhuǎn)化為共情行為，不同性別個(gè)體的共情行為是否相同？
記者了解到，研究者通過(guò)無(wú)監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)方法，詳細(xì)分析了雌雄小鼠在面對(duì)疼痛同伴時(shí)的行為表現(xiàn)。結(jié)果顯示，雌雄小鼠在測(cè)試初期呈現(xiàn)出共有的行為學(xué)特征，均通過(guò)頻繁的探索行為來(lái)感知同伴狀態(tài)。但在測(cè)試的后期，雌雄小鼠表現(xiàn)出明顯不同的行為特征。
雌性小鼠表現(xiàn)出類(lèi)似安慰對(duì)方的社交接近行為，而雄鼠則表現(xiàn)出類(lèi)似焦慮和自我安慰的自我梳理行為。雌雄小鼠的行為均是以共情為基礎(chǔ)的行為，因?yàn)樗鼈兎鲜煜て谩顟B(tài)匹配、受性激素調(diào)節(jié)以及依賴(lài)于同伴存在等共情行為特征。
“進(jìn)一步研究雌雄小鼠通過(guò)何種感覺(jué)信息感知同伴的疼痛狀態(tài)。我們發(fā)現(xiàn)，疼痛同伴的體液氣味是誘發(fā)共情行為的關(guān)鍵，阻斷體液氣味的傳遞則阻斷了共情行為的產(chǎn)生。與之相對(duì)，單獨(dú)的視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)信息不足以引起共情行為。”李勃興說(shuō)。
破解共情之謎
“在研究中，我們發(fā)現(xiàn)雌雄小鼠在面對(duì)痛苦的同伴時(shí)表現(xiàn)出不同的共情行為，該過(guò)程是由兩條完全不同的嗅覺(jué)神經(jīng)環(huán)路介導(dǎo)，這兩條環(huán)路在基因表達(dá)模式上存在固有的性別差異。”李勃興表示，該研究揭示共情行為性別差異的神經(jīng)機(jī)制。
研究者進(jìn)一步探究了嗅覺(jué)信息如何在雌雄小鼠中引起完全不同的共情行為。他們發(fā)現(xiàn)，嗅覺(jué)信息雖然都激活了嗅覺(jué)中樞——梨狀皮層（piriform cortex，PiC），但在雌雄小鼠中激活的神經(jīng)元群體及下游神經(jīng)環(huán)路卻截然不同：在雌性小鼠中主要激活梨狀皮層至前邊緣皮質(zhì)（prelimbic cortex，PrL）環(huán)路（PiC→PrL環(huán)路），而在雄性小鼠中則主要激活梨狀皮層至內(nèi)側(cè)杏仁核（medial amygdala，MeA）環(huán)路（PiC→MeA環(huán)路）。進(jìn)一步的光遺傳學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，這兩條神經(jīng)環(huán)路是介導(dǎo)雌雄小鼠不同共情行為的充分和必要條件。
為何相似的嗅覺(jué)刺激會(huì)在雌雄小鼠的PiC中激活完全不同的神經(jīng)環(huán)路？
為了回答上述科學(xué)問(wèn)題，研究者系統(tǒng)比較了投射至PrL和MeA的PiC神經(jīng)元的基因表達(dá)情況。他們發(fā)現(xiàn)，PiC神經(jīng)元的基因表達(dá)存在明顯的性別差異。在投射至PrL的PiC神經(jīng)元中，與神經(jīng)元興奮性相關(guān)的基因（編碼離子通道和突觸蛋白的基因）在雌性中表達(dá)更高，可以部分解釋為何雌性的PiC→PrL環(huán)路更易激活；相反，在投射至MeA的PiC神經(jīng)元中，上述基因在雄性中表達(dá)更高，可部分解釋為何雄性的PiC→MeA環(huán)路更易激活。進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，這種基因表達(dá)差異是由轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)和性激素共同調(diào)控所致。
論文共同通訊作者黃瀲滟表示，該研究發(fā)現(xiàn)，在目睹同伴經(jīng)歷疼痛時(shí)，同伴的體液氣味在雌雄小鼠中激活了不同的神經(jīng)環(huán)路；在雌性小鼠中激活的PiC→PrL環(huán)路引起共情性社交親近行為；在雄性小鼠中激活的PiC→MeA環(huán)路引起共情性自我梳理行為。這兩條環(huán)路激活程度的差異由其基因表達(dá)模式上的性別差異所致。
社會(huì)行為是一種先天性本能行為，在動(dòng)物的生存和繁衍中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授徐晗認(rèn)為，該研究為社會(huì)行為的性別差異現(xiàn)象提供了令人信服的神經(jīng)機(jī)制解釋?zhuān)瑫r(shí)對(duì)該領(lǐng)域的未來(lái)研究具有啟發(fā)性。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.02.001
