愛(ài)情在人類社會(huì)中一直是一個(gè)熱度經(jīng)久不衰的話題，歷史自有記載以來(lái)就不缺乏對(duì)其的描寫(xiě)。它為人類文化貢獻(xiàn)了極為燦爛的一部分。同其他具有個(gè)體差異的人類特點(diǎn)一樣，有的人專情，有的人濫情，但不同的是我們的文化有很大一部分專門(mén)對(duì)其進(jìn)行了闡釋和延伸，如對(duì)禮教和家庭的，如此以來(lái)，人類的感情生活便深刻受到文化的影響。
 
通過(guò)一直以來(lái)對(duì)大腦的研究，現(xiàn)在我們相信愛(ài)情是大腦生化和電活動(dòng)的一種產(chǎn)物。但除去人類，自然界中的各種動(dòng)物對(duì)愛(ài)情生活也是差異巨大，比如部分哺乳動(dòng)物是遵從一夫一妻制，部分是一夫多妻制，還有一部分是自由散漫的狀態(tài)。只有不到10％的哺乳動(dòng)物（包括人類），其個(gè)體形成了基于交配的成對(duì)生活。這些動(dòng)物傾向于在長(zhǎng)時(shí)間里與伴侶一起活動(dòng)并因此維持且加強(qiáng)了它們的情感連結(jié)。據(jù)此，我們有理由相信，生物的愛(ài)情狀態(tài)是可塑的，在它們的大腦中肯定有一些特定的編碼控制這些不同狀態(tài)的神經(jīng)組織形式。
 
但它們大腦是怎樣組織這些感情以及如何影響生活的，怎樣去研究這些？在技術(shù)手段比較簡(jiǎn)單的時(shí)期，這種研究確實(shí)很多只能停留在猜想的階段，無(wú)法探索更深層的機(jī)制。現(xiàn)在已經(jīng)有了可以大規(guī)模直觀的觀察神經(jīng)元電活動(dòng)的技術(shù)，使我們能夠更深層次的探索其背后的神經(jīng)調(diào)控機(jī)制。
 
最近，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在《PNAS》上發(fā)表了的一篇文章，對(duì)這個(gè)問(wèn)題嘗試進(jìn)行了解答。
 
伏隔核在獎(jiǎng)勵(lì)和動(dòng)機(jī)響應(yīng)中扮演的重要角色使其成為研究人員候選的編碼伴侶-獎(jiǎng)勵(lì)通路的重點(diǎn)區(qū)域。在人身上，進(jìn)行功能性MRI的志愿者在認(rèn)為他們正握著伴侶而非陌生人的手時(shí)，他們NAc中的血氧信號(hào)會(huì)增強(qiáng)。在草原田鼠中，毀損這個(gè)區(qū)域的神經(jīng)調(diào)節(jié)信號(hào)會(huì)損傷他們連結(jié)的形成，但接下來(lái)的基因表達(dá)會(huì)使連結(jié)得以維持。此外，在不交配的情況下，激活前額葉到NAc的神經(jīng)通路足以誘導(dǎo)連結(jié)的形成。盡管有大量證據(jù)表明NAc在編碼伴侶連結(jié)中起主要作用，但其背后的神經(jīng)機(jī)制以及它隨著關(guān)系進(jìn)展如何變化仍然未解。因此，研究人員在草原田鼠交配前后，在自由活動(dòng)狀態(tài)下對(duì)NAc的神經(jīng)鈣活動(dòng)進(jìn)行了在體成像記錄，以了解大腦在連結(jié)形成、成熟時(shí)的活動(dòng)變化。
 
實(shí)驗(yàn)之所以采用草原田鼠，是因?yàn)樗�在交配上是一夫一妻制，這樣先天自然存在的專偶物種是研究感情背后生物機(jī)制的最佳研究對(duì)象，其配對(duì)測(cè)試很容易評(píng)估。
 
實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，首先往實(shí)驗(yàn)鼠的腦內(nèi)注射鈣指示病毒，埋置微型顯微鏡，實(shí)驗(yàn)時(shí)設(shè)置一個(gè)3格實(shí)驗(yàn)盒，左右兩邊的格間分別拴系配偶和陌生的兩個(gè)鼠，左邊是配偶，右邊是陌生鼠，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物放置起始位置是中間室，可自由進(jìn)入兩邊的格間活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)中，試驗(yàn)動(dòng)物需要在拴于格子兩端的“舊伴侶”和“陌生鼠異性”之間做出選擇。這個(gè)測(cè)試提供了一個(gè)研究固定伴侶動(dòng)物的神經(jīng)活動(dòng)及其神經(jīng)——行為關(guān)系的方法。
 
研究人員使用格羅貝爾生物的Inscopix nVista單光子微型顯微鏡，結(jié)合使用病毒載體的突觸蛋白啟動(dòng)的GCaMP6f，在自由活動(dòng)情況下對(duì)NAc的神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行鈣活動(dòng)成像（圖1A–E）。實(shí)驗(yàn)一共采用了17只鼠，7雄10雌。開(kāi)始在30只鼠上埋植了透鏡，其中有26只在手術(shù)后4周可見(jiàn)熒光。其中一部分動(dòng)物因?yàn)橐韵略�因被剔除：透鏡埋植在NAc區(qū)以外（1只），小于5個(gè)可觀測(cè)推定細(xì)胞（1只），在任何一個(gè)伴侶偏好測(cè)試中都沒(méi)有檢測(cè)到偏好性（3只），其他視野遮擋/運(yùn)動(dòng)偽影/技術(shù)問(wèn)題（4只）。平均來(lái)說(shuō)，每次記錄時(shí)每只動(dòng)物能檢出43±20個(gè)細(xì)胞。ANOVA檢驗(yàn)顯示，在長(zhǎng)跨20天的3次記錄中，平均細(xì)胞數(shù)目沒(méi)有改變。對(duì)每次記錄的前60s和最后60s的每個(gè)細(xì)胞取平均ΔF/F0值，在這一階段，動(dòng)物是單籠飼養(yǎng)，沒(méi)有施加刺激，得到的信號(hào)作為實(shí)驗(yàn)的神經(jīng)本底活動(dòng)水平。在成像的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間，得到的平均ΔF/F0值都沒(méi)有顯著差異。結(jié)合前后兩個(gè)分析點(diǎn)，針對(duì)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)每只動(dòng)物得出一個(gè)ΔF/F0本底值。
 
 
 

圖1，在一夫一妻制的草原田鼠身上進(jìn)行的鈣成像實(shí)驗(yàn)
 
成像期間，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的伴侶偏好明顯
 
在伴侶偏好測(cè)試中，實(shí)驗(yàn)鼠會(huì)特征性的偏好選擇與單一伴侶進(jìn)行互動(dòng)。我們?cè)谔锸笄楦羞B結(jié)形成的全過(guò)程中選取3個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行20min伴侶偏好測(cè)試，并對(duì)其進(jìn)行了鈣成像記錄。第一個(gè)時(shí)間點(diǎn)在田鼠尚未性成熟（day0），第二個(gè)在田鼠交配和同居短時(shí)間后（day6），第三個(gè)是田鼠交配和同居長(zhǎng)時(shí)間后（day20）（圖1G）。如預(yù)期，幼鼠在配偶前沒(méi)有表現(xiàn)出伴侶偏好好，在配偶同居之后，顯示并增強(qiáng)了伴侶偏好。特別是在長(zhǎng)期同居后，田鼠在伴侶身邊花的時(shí)間比陌生鼠更多（圖1）。相應(yīng)的，它同伴侶以及陌生鼠周?chē)�逗留的時(shí)間長(zhǎng)度與實(shí)驗(yàn)時(shí)期高度相關(guān)。交配后，田鼠在伴侶旁單詞逗留的時(shí)長(zhǎng)也高于陌生鼠（圖1I和2A）。他們還檢查了實(shí)驗(yàn)鼠分別在伴侶和陌生鼠房間逗留時(shí)與被拴田鼠的平均距離。發(fā)現(xiàn)在配偶后，實(shí)驗(yàn)鼠跟伴侶鼠靠得更近（圖1J）。因此在整個(gè)互動(dòng)環(huán)節(jié)，在平均社交時(shí)長(zhǎng)和與拴系鼠的距離上，均顯示了伴侶偏好的形成。這些數(shù)據(jù)顯示長(zhǎng)時(shí)間同居會(huì)引起更強(qiáng)壯的情感連結(jié)，這也引出了另一個(gè)問(wèn)題：情感連結(jié)的增強(qiáng)是否在NAc神經(jīng)活動(dòng)也上有所顯示？
 
由于擔(dān)心記錄時(shí)間過(guò)短和成像記錄附著物可能會(huì)影響伴侶偏好性的檢測(cè)，因此，在同居短時(shí)間和長(zhǎng)時(shí)間兩個(gè)點(diǎn)(days 7 and 21)進(jìn)行成像記錄后，研究人員接著進(jìn)行了常規(guī)3小時(shí)的伴侶偏好實(shí)驗(yàn)。在前后兩個(gè)測(cè)試中均觀察到了伴侶偏好，還發(fā)現(xiàn)與伴侶互動(dòng)時(shí)間占總時(shí)間的比例在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)是相關(guān)的，這在成像期間的實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。與20-min測(cè)試不同，短期同居小鼠在3小時(shí)實(shí)驗(yàn)中對(duì)伴侶的偏好也很明顯。這表明了常規(guī)3小時(shí)伴侶偏好實(shí)驗(yàn)比前面的20分鐘實(shí)驗(yàn)更敏感和穩(wěn)定，總體來(lái)說(shuō)，這些數(shù)據(jù)確認(rèn)了田鼠在配對(duì)和同居后對(duì)伴侶的偏好開(kāi)始產(chǎn)生并持續(xù)增強(qiáng)。
 
 
 
實(shí)驗(yàn)鼠在與拴系的伴侶和陌生鼠進(jìn)行互動(dòng)時(shí)，NAc神經(jīng)元群體活動(dòng)沒(méi)有改變
基于人類神經(jīng)成像的研究，研究人員假設(shè)一個(gè)已經(jīng)配對(duì)的田鼠在和伴侶互動(dòng)時(shí)，NAc神經(jīng)活動(dòng)會(huì)比和陌生人互動(dòng)要高很多。但在記錄全部的鈣事件后，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變量控制處理，數(shù)據(jù)結(jié)果并不能倒推與實(shí)驗(yàn)鼠互動(dòng)的是伴侶鼠還是陌生鼠。他們將實(shí)驗(yàn)中持續(xù)至少1s的互動(dòng)行為稱作一次社交。幼年期田鼠對(duì)兩個(gè)陌生鼠的單次社交時(shí)長(zhǎng)沒(méi)有變化；在配對(duì)后，實(shí)驗(yàn)鼠和伴侶互動(dòng)的社交時(shí)長(zhǎng)明顯比同陌生鼠的長(zhǎng)（圖2A）。用其他計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)衡量實(shí)驗(yàn)鼠與伴侶及陌生鼠的社交時(shí)長(zhǎng)差異（圖1H–J），也發(fā)現(xiàn)同居、配對(duì)時(shí)間越久，差異越明顯（圖2A）。
 
 

圖2，實(shí)驗(yàn)鼠在情感連結(jié)建立前后，在與不同的拴系鼠進(jìn)行互動(dòng)的全程均有強(qiáng)烈的神經(jīng)鈣活動(dòng)
 
他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞群的平均鈣活動(dòng)發(fā)生率在第一次社交和在單次社交的起始時(shí)比較高（圖2B–D）。田鼠在與伴侶互動(dòng)時(shí)，社交時(shí)長(zhǎng)比與陌生鼠的長(zhǎng)（圖2A）。要弄清楚這些差異的影響，他們選擇用一個(gè)混合效應(yīng)模型，因?yàn)樗�完美的支持多協(xié)變量并且比標(biāo)準(zhǔn)線性模型可以更魯棒的兼容結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。他們把單次社交時(shí)長(zhǎng)，社交次數(shù)，及不同成像階段，針對(duì)不同鼠，性別均設(shè)立固定權(quán)值，來(lái)實(shí)驗(yàn)確定哪個(gè)變量對(duì)神經(jīng)活動(dòng)起著最顯著的影響。發(fā)現(xiàn)NAc在社交時(shí)有強(qiáng)活動(dòng)，但在除去社交次數(shù)和社交時(shí)長(zhǎng)兩個(gè)變量后，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)鼠分別與伴侶和陌生鼠互動(dòng)時(shí)的平均神經(jīng)活動(dòng)并沒(méi)有差異。經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大腦NAc編碼這種情感連結(jié)的不會(huì)是神經(jīng)元群的活動(dòng)強(qiáng)弱變化。
 
 
 
“靠近細(xì)胞”群的擴(kuò)張可以反映伴侶偏好的出現(xiàn)
那么是否有特定的神經(jīng)元亞群可以調(diào)控田鼠的這種伴侶偏好呢？他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)鼠與伴侶或陌生鼠的靠近和離去所伴隨的神經(jīng)元鈣事件響應(yīng)分別推定不同功能神經(jīng)元。對(duì)每個(gè)房間，計(jì)算每個(gè)鈣事件發(fā)生后的1秒內(nèi)，實(shí)驗(yàn)鼠與刺激鼠的距離中值（圖3A）。將觀察到的距離變化與分別在伴侶和陌生鼠房間內(nèi)逗留時(shí)鈣事件隨機(jī)重復(fù)的距離變化空模型進(jìn)行比較（圖3A）。通過(guò)變換給定細(xì)胞鈣事件與動(dòng)物行為的綁定，打亂鈣事件與行為之間的任何統(tǒng)計(jì)關(guān)系，隨機(jī)量化事件模式的可能種類。他們?cè)诿看坞S機(jī)變換事件后，統(tǒng)計(jì)距離變化中值來(lái)生成一個(gè)空分布，重復(fù)了1000次。當(dāng)細(xì)胞事件響應(yīng)的動(dòng)物距離變化≥95%的空分布時(shí)，細(xì)胞被認(rèn)為是調(diào)控“離去”行為的細(xì)胞，≤5%的空分布時(shí)則是主管“靠近”的細(xì)胞（圖3B）。因此，每個(gè)細(xì)胞都被分別分到與伴侶或陌生鼠相關(guān)的“靠近”，“離去”或“中立”組（圖3C-F）。
 
 

圖3，在連結(jié)成熟時(shí)“靠近細(xì)胞”的數(shù)量增加
 
只有在實(shí)驗(yàn)中有鈣事件的細(xì)胞可能會(huì)是“靠近”或“離去”細(xì)胞。因此在統(tǒng)計(jì)“靠近”或“離去”細(xì)胞比例時(shí)用實(shí)驗(yàn)中至少有一次鈣事件的細(xì)胞總數(shù)作分母。在記錄期間研究人員發(fā)現(xiàn)“靠近伴侶”細(xì)胞數(shù)量有擴(kuò)增（圖3G）。幼鼠尚未配偶，腦中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)“靠近伴侶”細(xì)胞、“靠近陌生鼠”細(xì)胞，配偶后開(kāi)始出現(xiàn)兩種細(xì)胞的差異，同居長(zhǎng)時(shí)間后變得更加明顯，正符合情感連結(jié)發(fā)展成熟過(guò)程。而長(zhǎng)同居時(shí)，“靠近伴侶”細(xì)胞比“靠近陌生鼠”細(xì)胞的數(shù)量顯著更多。
 
研究人員也檢驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)鼠分別對(duì)于伴侶和陌生鼠的“靠近”，“離去”細(xì)胞數(shù)量與實(shí)驗(yàn)鼠的伴侶偏好強(qiáng)度是否相關(guān)。在長(zhǎng)期同居時(shí)間點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)鼠伴侶偏好較強(qiáng)，他們發(fā)現(xiàn)對(duì)于伴侶和陌生鼠“靠近”細(xì)胞的數(shù)量與伴侶偏好強(qiáng)度存在顯著正相關(guān)（圖3I）。
相反，實(shí)驗(yàn)鼠對(duì)于伴侶和陌生鼠的“離去”細(xì)胞數(shù)量在任何時(shí)間點(diǎn)都沒(méi)有差異（圖3H）。同樣，對(duì)于伴侶和陌生鼠“離去”細(xì)胞數(shù)量的差異與實(shí)驗(yàn)鼠的伴侶偏好強(qiáng)度也沒(méi)有顯著相關(guān)性（圖3J）。
 
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靠近/離去細(xì)胞的活動(dòng)主要發(fā)生在行為做出之前。
 
研究人員發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)靠近和離去細(xì)胞在動(dòng)物發(fā)生社交接觸或離去行為之前已經(jīng)表現(xiàn)出事件，這表明這些細(xì)胞可能會(huì)調(diào)控接近或離去拴系動(dòng)物決策的發(fā)生。為了準(zhǔn)確判定靠近細(xì)胞活動(dòng)是否主要發(fā)生在靠近過(guò)程中或靠近行為之前，我們進(jìn)行了相同的排列分析，計(jì)算了Ca2 +事件之前1 s的測(cè)試動(dòng)物與刺激動(dòng)物之間的距離變化，以識(shí)別發(fā)生事件的細(xì)胞。
 
靠近細(xì)胞群沒(méi)有重疊，而離去細(xì)胞群重疊。
 
實(shí)驗(yàn)鼠對(duì)于伴侶和陌生鼠的靠近細(xì)胞是否屬于不同的群？研究人員進(jìn)行了排序分析，并對(duì)細(xì)胞身份進(jìn)行了標(biāo)定以計(jì)算不同功能亞群之間潛在的分布重疊。通過(guò)與空分布進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)鼠對(duì)伴侶和陌生鼠的“靠近”神經(jīng)元重疊不大于隨機(jī)情況（圖4A），表明即使在交配/結(jié)合之前，這些細(xì)胞也可以分屬于各自不同的集合。令人驚訝的是，實(shí)驗(yàn)鼠對(duì)伴侶和陌生鼠的“離去”細(xì)胞重疊大于隨機(jī)情況（圖4B）。“離去”細(xì)胞群的重疊，表明根據(jù)這種軌跡標(biāo)準(zhǔn)不能準(zhǔn)確的定義區(qū)分“離去”細(xì)胞。
 
 

圖4，“靠近”和“離去”細(xì)胞群的特點(diǎn)
 
“靠近”和“離去”細(xì)胞群缺乏拓?fù)浣M織
 
根據(jù)神經(jīng)細(xì)胞在解剖學(xué)上的位置分布可以一定程度上洞悉一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的編碼行為及其信息處理方式。對(duì)于處理高階認(rèn)知的網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)觀察到有群集或分布式的蜂窩組織。如網(wǎng)格細(xì)胞在內(nèi)側(cè)內(nèi)嗅皮層內(nèi)顯示有功能性的微組織和聚類存在。先前在NAc的研究表明，強(qiáng)啡肽+神經(jīng)元可能存在某種空間組織，參與調(diào)節(jié)食欲和厭惡反應(yīng)。因此，研究人員探究靠近和離場(chǎng)細(xì)胞是否在NAc內(nèi)也存在某些空間組織。
 
他們?cè)陂L(zhǎng)期時(shí)間點(diǎn)計(jì)算了每只動(dòng)物中同一身份的每個(gè)可能細(xì)胞對(duì)之間的距離，并將這些值與不符合身份分類標(biāo)準(zhǔn)的所有細(xì)胞間距進(jìn)行了比較（圖4C）。發(fā)現(xiàn)陌生鼠靠近，陌生鼠離去和同伴鼠離去細(xì)胞對(duì)均與未分類細(xì)胞的間距分布無(wú)明顯差異。同伴鼠靠近細(xì)胞對(duì)的間距確實(shí)存在顯著差異，但是這些對(duì)之間的距離往往更遠(yuǎn)而不是更近，這表明神經(jīng)組織形式高度分散。為了進(jìn)一步確認(rèn)NAc中不存在較小規(guī)模的組織模式（例如空間隔離的簇），我們還針對(duì)給定的成像視野計(jì)算了具有相同身份的最鄰近細(xì)胞對(duì)的間距。在所有實(shí)驗(yàn)鼠中，只有6.81％的最近鄰細(xì)胞對(duì)比隨機(jī)情況更近。這些結(jié)果表明，NAc中關(guān)于陌生鼠和伴侶的細(xì)胞群不是顯示聚類，而是以空間分布的模式存在。
 
研究人員在在較少數(shù)量的動(dòng)物身上就獲取了大量的神經(jīng)元鈣活動(dòng)信息，進(jìn)而通過(guò)數(shù)學(xué)方法，根據(jù)對(duì)大腦內(nèi)鈣活動(dòng)模式的分析，從一群細(xì)胞的鈣活動(dòng)信號(hào)里分出了細(xì)胞亞群，并且找到了其亞群各自專屬的調(diào)控功能，其研究方法可圈可點(diǎn)。
 
（由格羅貝爾生物科技公司供稿，未經(jīng)同意不得轉(zhuǎn)載）