編碼同類雄性特征的神經機制

發布時間:2020-09-21

  2020921,國際著名學術期刊《Neuron》在線發表題為《特異性感知與攻擊行為相關的同物種雄性信息的下丘腦神經元》的研究論文。該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心(神經科學研究所)、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室許曉鴻研究組完成。該研究利用鈣信號記錄、化學遺傳操縱及腦片電生理等技術,解析了下丘腦腹側乳頭體前核通過整合嗅覺信息,特異性地編碼同物種雄性信息,進而調控小鼠攻擊行為的細胞及神經環路機制。 

  本能社會行為對于種群繁衍至關重要。在行為產生之前,動物需要整合感覺信息,判斷同物種個體的性別,進一步表現出合適的行為。例如,雄性對雌性表現出求偶動作;而對其他雄性則發動攻擊。以往的研究發現,當嗅覺感知的器官--犁鼻器被破壞后,雄性小鼠喪失攻擊行為,并且對雄性和雌性同類都表現出求偶動作。這表明小鼠對于同物種的性別判斷主要依賴于嗅覺信息。雖然已有大量的研究表明下丘腦內特定核團驅動攻擊行為和求偶行為的發生,但是對于這些核團在生理條件下是如何整合來自嗅覺系統的性別信息,并進一步指導行為發生的神經機制并不清楚。 

  利用鈣信號記錄系統,許曉鴻研究組發現腹側乳頭體前核表達多巴胺轉運體的神經細胞(PMvDAT)在小鼠嗅聞成年雄鼠尿液時強烈響應,而對于去勢雄鼠、雌鼠、幼鼠以及大鼠的尿液則反應很小。當利用藥理遺傳學方法抑制PMvDAT神經細胞時,雄性小鼠失去對于雄鼠尿液的辨識能力,相應的,對于雄性入侵者的攻擊行為也顯著下降。而激活這群PMvDAT細胞則增加對雄性小鼠的攻擊。進一步,研究組利用陽離子通道(Trpc2)基因敲除小鼠,破壞犁鼻器的嗅覺信號傳遞,發現在基因敲除的雄性小鼠中,PMvDAT細胞對于雄性小鼠尿液的反應顯著降低,說明PMvDAT細胞整合來自犁鼻器的嗅覺信息。隨后,利用病毒示蹤,鈣信號記錄和藥理遺傳學方法,研究組發現并證實來自犁鼻器的雄性小鼠尿液信號通過腹側終紋床核傳遞到PMvDAT細胞。以上結果表明PMvDAT細胞特異性地編碼同類雄性信息,并進一步指導行為的發生。該研究解析了雄性動物相關信息傳輸至下丘腦并引起攻擊行為的細胞和環路機制,為進一步研究性別特異性嗅覺信息處理、性別特異性行為的調控以及性別感知和意識的神經基礎奠定了堅實的基礎。  

  此項研究工作在中科院腦智卓越中心許曉鴻研究員的指導下,主要由博士研究生陳愛曉完成,實驗室成員嚴晶晶、張雯、王蕾等做出了重要貢獻。研究過程中得到中科院腦智卓越中心竺淑佳研究員,竺淑佳實驗室管家宋楠以及徐春研究員的大力支持。本項目得到了中科院、國家自然科學基金委以及上海市的資助。 

   

  注:理嗅信息并調節雄性攻的神經環 

            VNO:犁鼻器,AOB:副嗅球,v-BNST: 側終紋床核, PMv:體前核。
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