“胜利者效应”的神经机制首次被发现 简版

7月14日上线的《科学》杂志以研究长文(Research article)形式刊登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团队的研究成果,第一次指出大脑中存在一条介导“胜利者效应”的神经环路,它决定着:先前的胜利经历,会让之后的胜利变得更加容易。这篇题为《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》(History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance)的文章,由博士生周亭亭,朱鸿和范郑晓等在胡海岚教授的指导下共同完成。

撰文 《环球科学》特约记者 周炜

有人的地方就有江湖,其实这句话只说对一半。鱼类、鸟类、灵长类等动物中间也有 “江湖”,科学家称之为社会等级。上世纪20年代,一位挪威的科学家最早在家鸡中观察到:等级高的鸡总是啄咬等级低的,而相反的状况则极少发生。

社会等级与我们的个体健康等息息相关,背后有什么神经机制? 2011年,胡海岚团队在《科学》发文,引入 “钻管测试”来研究小鼠的等级地位:在一段只能让一只小鼠通过的玻璃管道中,两只小鼠狭路相逢,一场不进则退的较量在所难免,而优势者会在30秒内将对方推出管道。一群小鼠经过两两竞争,等级高低便一目了然。


当年这项研究最激动人心之处,还在于第一次向世界指出了调节社会竞争的神经基础,位于大脑内侧前额叶的脑区。当他们定向增强内侧前额叶脑区的突触(大脑细胞之间连接、通讯的基本结构单元)强度,处于劣势的小鼠就像服用了“大力神丸”,有如神助地将优势小鼠逼出玻璃管道,成功逆袭。

最初,A鼠占据优势,将B鼠推出管道;但通过光遗传增强内侧前额叶脑区的突触强度时,B鼠占据了优势。

重复成功塑造大脑

基于上述发现,利用光遗传学的方法(一种利用激光来瞬时、特异激活神经元的手段),胡海岚团队在这项研究中进一步实时“操纵”了钻管竞争的输赢。并且发现,小鼠等级地位相差越悬殊,逆袭所需的 “神经剂量”就越高。但他们并没有停止研究。团队成员发现了更为有趣的现象:

当劣势小鼠成功逆袭6次或更多次时,即使离开科学家的“帮助”,“裸奔”的小鼠依然能实现逆袭。而成功经历不足6次,裸奔的劣势小鼠会恢复到劣势地位。“这种先前胜负经历影响后续比赛输赢的现象,恰恰体现了心理学中的‘胜利者效应’。”周亭亭说。

团队发现了一个从中缝背侧丘脑投射到前额叶皮层神经通路,当增加这一环路突触链接的强度,就能介导“胜利者效应”。“成功经历会重塑这一通路的突触连接强度,从而影响后续竞争中的表现。”胡海岚说。

也就是说,在胜利了6次之后,劣势小鼠的大脑发生了质变,他们的神经突触链接强度显著增加了,有效地帮他们进阶并维持到更高的等级地位。

研究团队。右二为胡海岚教授。

“强者恒强”

为了验证这一“胜利者效应”,研究团队还设计了一项热源争夺战的实验。在一个冰冷的方形盒子中,四只小鼠对位于盒子角落的温暖地带展开竞争。只要之前在钻管测试中获得重复胜利经历的小鼠,在热源争夺中也会更容易获胜。周亭亭认为,这一结果首次说明“胜利者效应”可以从一种行为学范式迁移到其他的行为中。

学术界认为,这项研究为研究社会等级的形成和稳定提供了新的思路和研究方法, 也为对输赢决定、社会等级的认知等等的神经环路进行更为细致的研究提供了新的靶点脑区。

朱鸿说,这项研究在动物实验中第一次验证“强者更强”的现象并且阐释了其神经科学原理。虽然人类社会比动物社会远为复杂,但是这项研究对于提高人们在各项比赛、考试、人际交往中的表现,也提供了有益的线索。 

课题受浙江大学985基金、科技部973项目,中国科学院先导计划B,神经科学国家重点实验室、国家杰出青年基金等资助。

胡海岚课题组网站

http://www.hailanhu-lab.net/index.php?c=article&a=type&tid=28

本文原载于公众号环球科学ScientificAmerican(ID:huanqiukexue)。转载请联系:newmedia@huanqiukexue.com

论文基本信息

题目History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance

作者 Tingting Zhou, Hong Zhu, Zhengxiao Fan, Fei Wang, Yang Chen, Hexing Liang, Zhongfei Yang, Lu Zhang, Longnian Lin, Yang Zhan, Zheng Wang, Hailan Hu,

期刊 Science

日期 2017年7月14日

DOI 10.1126/science.aak9726

原文链接

http://science.sciencemag.org/content/357/6347/162.full?ijkey=lWqZ9wLquA2sY&keytype=ref&siteid=sci

摘要

Mental strength and history of winning play an important role in the determination of social dominance. However, the neural circuits mediating these intrinsic and extrinsic factors have remained unclear. Working in mice, we identified a dorsomedial prefrontal cortex (dmPFC) neural population showing “effort”-related firing during moment-to-moment competition in the dominance tube test. Activation or inhibition of the dmPFC induces instant winning or losing, respectively. In vivo optogenetic-based long-term potentiation and depression experiments establish that the mediodorsal thalamic input to the dmPFC mediates long-lasting changes in the social dominance status that are affected by history of winning. The same neural circuit also underlies transfer of dominance between different social contests. These results provide a framework for understanding the circuit basis of adaptive and pathological social behaviors.

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周炜 作者:周炜 / 1074次阅读
时间:2017年7月22日
来源: 环球科学
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