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老鼠見色忘友是先天還是後天的呢?

  • 文/李紀潔、羅鴻|陽明大學基因體科學研究所畢業生

圖中老鼠為示意圖,非實驗老鼠。source:Maxpixel

成年的公鼠都具有與生俱來的社交行為:當遇到母鼠時,他們會嘗試和她交配;如果遇到其他公鼠,他們會攻擊對方。而老鼠們並不需要被教導就能擁有這些先天的行為反應,也因此決大部分的神經科學家都認為這些行為是透過先天的神經迴路,像是硬體般地建立出來的,而沒有什麼變動性。

但是來自加州科技大學的神經科學研究團隊發現了這些行為和負責調控這些行為的神經並非原先就是設定好的。

這項研究發表在 10 月 19 日的 自然<Nature>雜誌上,由 David Anderson(Seymour Benzer Professor of Biology、Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Neuroscience Leadership Chair、Howard Huges Medical Institute Investigator 和 director of the Tianqian and Chrissy Chen Institute for Neuroscience)所領導此研究。

我們已知下視丘是調節及釋放賀爾蒙的重要中樞,而其中下視丘腹中核(ventromedial hypothalamus 簡稱 VMH)又負責調控進食、體溫和性行為。並且當下視丘腹中核的神經群缺失雌激素受體(estrogen receptor 1)的話,母鼠的性行為互動(sexual behavior interaction)則會下降。[注1]

因此,研究團隊在此腦區有雌激素受體的神經細胞裡表現特定的蛋白,當神經活化時則會發出綠色螢光。接著,科學家便能透過小鼠頭上的微型內視顯微鏡(microendoscopy)觀察負責攻擊與交配的腦區,VMH 神經活動的變化。

利用微型內視顯微鏡觀察及紀錄下視丘腹中核裡活化的神經細胞,圖/作者提供。

首先,該團隊先是針對成年公鼠面對同性和異性的入侵者時 VMH 神經活化的情況進行分析,發現負責攻擊和交配時活化的 VHM 神經細胞是幾乎不重複的兩群細胞。而這兩群細胞在空間上並沒有獨立分開,反而像是鹽和胡椒一般混合分佈在 VMH 當中。而研究人員也能夠透過這些神經活化的分群來推斷究竟公鼠現在面對的是同性或是異性的入侵者。這發現似乎也證實了過往科學家認為這些神經迴路的建立是如同硬體一般的天生註定。

成年公鼠在面對異性或同性時會活化下視丘腹中核裡不同的神經細胞群,圖/作者提供。

但是真的是這樣嗎?

科學家們為了驗證這個假說是否成立,他們更進一步使用尚未社會化的小鼠(Naïve mice),也就是斷乳後就被獨立飼養的老鼠,來進行相同的實驗。若是沒有社交和交配經驗的小鼠也會有不同兩群 VMH 神經負責調控攻擊和交配這兩個行為,便能證實這些行為真的是與天俱來的。

未社會化的小鼠指的是斷乳後就被獨立飼養的老鼠,不會像圖中的小鼠們一樣擠成一團啊。(圖中老鼠為示意圖,非實驗老鼠。)source:Maxpixel

令人吃驚的是,科學家們得到的實驗結果和預想的完全相反!

未社會化的小鼠在面對同性和異性的小鼠時,活化的 VMH 神經是同一群的神經細胞,而這些小鼠也沒有明顯攻擊和交配的行為發生。只有在重複的接觸公鼠或是母鼠之後,未社會化的小鼠的 VMH 神經活化才會分成不同群細胞,而未社會化的小鼠此時才會開始對不同性別的入侵者有攻擊和交配的行為出現。

未社會化的小鼠會隨著接觸異性或同性而使下視丘腹中核神經細胞產生分群,圖/作者提供。

研究團隊更進一步的去分析,發現未社會化的公鼠能夠分出兩群不同的 VMH 神經細胞和不同行為的主要因素是未社會化的公鼠需要和母鼠有社交經驗。只要未社會化的公鼠和母鼠接觸過 30 分鐘後,他便會在 24 小時後發展出攻擊同性入侵者的行為和不同群的 VMH 神經細胞。相反的,只有和公鼠接觸的未社會化的小鼠並不會發展出攻擊行為和 VMH 神經分群的現象。

未社會化的小鼠在只接觸過母鼠後就會產生對公鼠的攻擊行為,圖/作者提供。

「小鼠的性別特化神經並不是天生的」本篇文章的共同作者 Ryan Remedios(博士後研究員)指出,「性別神經特化的分群是社交經驗,尤其是和雌性的社交經驗,的成果。」

「我們完全無法預期會發現這樣的結果」共同第一作者 Ann Kennedy (博士後研究員)說道「大腦的地基VMH 這個腦區是相對原始且古老的腦區,我們過往一直認為它是大腦的地基(basement ),通常認為它的反應比較像管線系統非電腦(computor)。我們的研究指出這個腦區也有可塑性和運算能力。」

「這是個基礎的神經科學研究」Anderson 說「我們研究的是大腦神經迴路的建構和行為的產生是先天/遺傳(innate)還是後天/經驗(nurture)問題。這些結果證實了即便是我們認為是先天的行為,其神經迴路也有可能是後天才建立好的。這個發現更產生新的問題:為什麼和母鼠的互動能夠改變腦部神經活化的分布,並產生侵略性。」

「事實上負責調控生殖和侵略行為的神經細胞在腦區分佈上是相當接近的,而這在生物學上相當重要,因為這些行為都是能讓個體生存並繁衍的必要條件。」Anderson 補充說明「這同時也造就了新的想法,是否具有性暴力傾向的人是因為他們的這個腦區『神經錯亂』了呢?如果真的如此,那麼也許有天我們能夠透過解開這些功能錯亂的神經來抑制性暴力傾向的行為。當然這目前仍只是空想,以此為出發點的治療仍是條漫漫長路。」

參考資料

  1. Roles of Estrogen Receptor-α Gene Expression in Reproduction-Related Behaviors in Female Mice”Endocrinology. 1998 Dec;139(12):5070-81.
  2. Social behaviour shapes hypothalamic neural ensemble representations of conspecific sex”Send to
    Nature. 2017 Oct 18;550(7676):388-392. doi: 10.1038/nature23885.
  3. Nature or nurture? Innate social behaviors in the mouse brain

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