刺毛鼠为社会神经科学指明了新方向

科学家们已经集中精力研究驱动刺鼠群居欲望的大脑回路，为研究哺乳动物复杂的社会行为开辟了新的模型。

《当代生物学》杂志发表了埃默里大学研究人员领导的这项研究。它表明，从大脑前扣带皮层到侧隔的神经信号驱动着刺毛鼠(Acomys)倾向于与较大的同龄群体交往。

“据我们所知，这是首次发现促进哺乳动物群体规模偏好的神经回路的研究，”这项研究的资深作者、埃默里大学心理学副教授奥布里·凯利(AubreyKelly)表示。“我们希望我们的工作能为了解包括人类在内的一系列哺乳动物的复杂社会行为铺平道路。”

凯利实验室通过开发使用刺毛鼠作为社会神经科学实验室模型的方法取得了突破。

与实验室研究中常用的大鼠和小鼠不同，刺毛鼠在野外进化为大型混合性别群体生活——它们甚至允许不相关的新来者加入它们的群体。

“棘鼠群落不只是一个大家庭，”凯利解释道。“它更像是一个小社会。”

这项研究的第一作者布兰登·弗里克在埃默里大学攻读博士学位期间参与了这项研究。他于今年5月毕业，目前在哈佛大学担任博士后研究员。

“为社会神经科学领域中新物种设计实验并验证我们的方法很有挑战性，但也很有趣，”弗里克说。“我真的很喜欢和刺毛鼠一起工作。它们的性情与我见过的其他实验室啮齿动物非常不同。它们对彼此，甚至对人类，都没有表现出那么多的恐惧或攻击性。”

尽管从蚂蚁到鸟类到人类，群居生活在整个动物界都很普遍，但研究群居神经机制的方法却一直很缺乏。

一个主要限制是，实验室研究中常用的大鼠和小鼠物种在大型混合群体中相处不好。例如，在野外，典型的实验室大鼠(Rattusnorvegicusdomestica)主要生活在由一只雄性和多只雌性组成的群体中。当雄性聚在一起时，它们往往会打架。

草原田鼠是一种体型类似老鼠的啮齿动物，会与伴侣终生配对。近几十年来，草原田鼠已成为神经科学研究配偶关系的绝佳实验室模型。虽然草原田鼠以终生伴侣而闻名，但野生草原田鼠生活在小家庭群体中，对陌生人相当具有攻击性。

凯利拥有进化生物学博士学位，在研究生期间，他使用几种从独居到高度社会化的雀类物种探索了鸟类群居行为的神经进化。

她想研究哺乳动物的群居生活，但由于缺乏良好的动物模型而陷入困境。

“在试图理解大脑如何运作时，考虑动物在现实世界中的行为非常重要，”凯利说。“你需要针对你的特定问题选择合适的动物。”

输入刺鼠。

凯利第一次听说这些古怪的啮齿动物是在一次偶然的交谈中，当时他与肯塔基大学生物学教授、本文共同作者阿什利·塞弗特(AshleySeifert)交谈。

十多年前，科学家们发现生活在非洲、中东和南亚干旱环境中的棘鼠具有非凡的伤口愈合能力，包括能够再生大量组织。如果掠食者抓住棘鼠，它的皮肤就会脱落，让老鼠得以逃脱。然后，它的皮肤会再生，长出坚硬的棘毛。

研究还表明，刺鼠对心脏、肾脏和脊髓损伤具有独特的适应性反应。

西弗特是越来越多使用刺鼠作为再生研究生物医学模型的科学家之一。刺鼠最近也成为2型糖尿病研究的模型。少数实验室发表了关于刺鼠亲社会行为及其发育特征的研究成果。

当西弗特得知凯利想要一种更好的社会神经科学啮齿动物模型时，他建议使用棘鼠。

“我当时很大胆，决定尝试围绕它们建立一个社会神经科学项目，”凯利说。

五年前，凯利实验室启动了棘鼠研究项目后不久，弗里克以研究生的身份来到埃默里大学，他对这种新方法很感兴趣。

“我对社会行为的神经科学非常感兴趣，”他说。“神经元如何对我们遇到的其他人的刺激作出反应，然后发出信号告诉我们应该如何应对?这对我们的生存和情感健康都至关重要。比如开学第一天，我们面临很大的交朋友压力。在那个时候误判情况并不理想。”

研究人员进一步在实验室中描述了刺鼠的社会行为。他们发现，无论彼此是否熟悉，刺鼠都会迅速接近同伴，表现出很高的社交勇气。它们对彼此的亲社会性明显高于攻击性。与小群体相比，刺鼠还表现出强烈的偏好，喜欢与大群体相处。

对于当前的论文，他们想要确定这种大群体偏好背后的神经回路。

在一项实验中，研究人员让一些辛辣小鼠受试者接触到一小组同类小鼠，而另一些小鼠则接触到一大群同类小鼠。然后，他们扫描受试者的大脑，以寻找Fos蛋白的表达，Fos蛋白是神经元放电时产生的产物。这种神经科学技术表明，在大群体中游荡的刺鼠大脑侧隔(LS)区域的活动更活跃。

众所周知，侧隔参与多种功能，包括攻击性和其他社会行为。在之前的研究中，凯利发现这个大脑区域与斑马雀的群体行为有关。

“大脑的一个区域可以参与很多不同的事情，从攻击性到群体性，这取决于它与其他区域的互动方式，”凯利说。“随着技术的进步，神经科学已经不再只关注单个大脑区域，而是研究不同区域之间的联系。”

为了确定大群体偏好所涉及的回路，研究人员重复了之前的实验，并在受试者身上添加了神经元示踪剂。这些化学探针可以绘制出大脑中信号的来源位置及其传播方向。

研究结果显示，与小群体相比，当刺毛鼠接触到大群体同伴时，前扣带皮层(ACC)向LS发出的信号更强。之前的研究已将ACC与草原田鼠的安慰和其他社会行为联系起来。在人类中，ACC与注意力、决策和情绪有关。

研究人员随后利用化学遗传学工具进行了实验，这些工具可以暂时关闭ACC-to-LS回路。结果表明，当该回路被关闭时，雌性刺鼠在选择与较小的群体还是较大的群体相处时没有表现出偏好。然而，雄性刺鼠实际上改变了它们的偏好，选择花更多时间与较小的群体相处。

“我很惊讶地发现关闭这个回路会导致行为发生如此强烈的变化，”弗里克说。“这表明ACC-LS回路对群体大小偏好有很大影响。”

合著者马尔维卡·穆鲁甘(MalvikaMurugan)是埃默里大学生物系的助理教授，也是神经科学病毒化学遗传技术专家，她协助解决了在刺鼠身上验证这些方法的问题。

研究人员利用无生命的小黄鸭来测试ACC-LS回路是否专门促进社交偏好或只是对一大群物体的任何偏好。尽管刺毛鼠更喜欢调查一群大黄鸭而不是一小群小黄鸭，但操纵这种大脑回路对小黄鸭的偏好没有影响。

弗里克说：“这确实凸显了我们所发现的神经回路正在调节社会群体规模偏好，而不是更广泛的东西。”

研究人员目前已为以刺毛鼠为模型深入研究哺乳动物群居行为的神经科学奠定了基础。

“从这里开始，我们将通过让刺鼠在大群体中自由互动并分析它们的大脑活动来收集更多行为丰富的数据集，”凯利说。“这将使我们更好地了解神经活动如何映射到复杂、动态的社会行为上。”

她想要探索的问题包括哪些因素促进了合作群体生活，以及哪些环境临界点导致群体解体和自私行为。

“研究社会大脑的进化可能会让我们了解我们的大脑如何促进群体相处，”凯利说。“欢迎新来者或在资源枯竭时合作和分享食物的大脑回路是什么?”

这只和蔼可亲的刺鼠或许能够解答这些问题。