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浙大胡海岚团队《科学》发文:成功正在悄悄改变你的大脑

2017-07-14 06:56  |   浙江新闻客户端 记者 曾福泉 通讯员 周炜

我们的大脑是如此奇妙,它不仅指挥着我们的行为,也能反过来被行为塑造。很多人也许在生活中体验过:先前的获胜经历,会使之后的胜利变得更加容易——这就是所谓“胜利者效应”。浙江大学科学家在最新一期《科学》杂志上以长文形式发表的研究成果,首次揭示了“胜利者效应”背后的大脑机制,细致地描画了动物的行为和经历与其大脑神经环路之间的深刻关联。

浙大求是高等研究院和医学院神经科学研究中心胡海岚研究组利用光遗传学等方法,实时调控和测试小鼠的社会竞争行为。他们发现,如果增强小鼠的内侧前额叶这一特定脑区的神经活动,就能帮助其在社会竞争中战胜原先高等级的对手,实现“逆袭”。这样的逆袭反复累积到一定程度,小鼠提升的等级就会稳固下来,恰体现出“胜利者效应”。

胡海岚(右二)研究组在实验室。

特定脑区决定竞争输赢

研究小鼠的社会竞争,胡海岚研究组已经积累了深厚的基础。一个稳定有效的行为学范式是“钻管测试”。一个细长的管子,两只小鼠分别从管子两头钻入,迎面遇上。正所谓“狭路相逢勇者胜”,两只小鼠中总有一只会通过不断地推挤,让另一只节节后退,最终被挤出管子。胜负往往在半分钟之内就见分晓。把一只笼子里的几只小鼠两两配对,进行钻管测试,就能分出这些小鼠的社会等级:高等级的小鼠几乎每战必胜,而等级最低的小鼠则每一次都被对手挤出管外。

什么决定了管子中两只小鼠的输赢?

胡海岚研究组在小鼠进行钻管比试时对其前额叶皮层进行了多通道的在体电生理记录,发现当小鼠消极后退时,其前额叶皮层的神经元的活动没有变化;但当小鼠付出“努力”,做出推挤和抵抗时,该脑区的神经元活动即显著增强。

研究人员用药理遗传学手段降低小鼠前额叶皮层活动性,就观察到小鼠在钻管测试中的推挤行为显著减少,并且降低了等级地位。反过来,用光遗传学方法激活前额叶皮层,就能使小鼠在钻管测试中主动发出更多的推挤,使原先低等级小鼠战胜原先高等级的对手。    

△这则视频显示,经光遗传学方法激发前额叶皮层后的低等级小鼠在钻管测试中取胜。

首次发现“胜利者效应”神经环路

围绕前额叶皮层的这一系列实验结果成为胡海岚研究组进一步探索“胜利者效应”神经科学机制的基础。他们发现,如果小鼠有6次以上被光诱导而战胜对手的经历,就能维持等级,即便此后不再给光,也可以继续战胜以前的对手。而光照小于5次的小鼠大部分都恢复了原先的等级。研究人员抓住这一发现继续开展实验,证明从中缝背侧丘脑投射往前额叶皮层的神经环路在“胜利者效应”中发挥关键作用。强化这一神经环路,可以让低等级的小鼠连续战胜高等级的小鼠。

等级一旦变化,小鼠在多种竞争环境中的行为都会改变。研究人员又为小鼠设计了另一种测试:在笼内一块冰冷的板子上,只有一个角落被热源加热,成为温暖的窝。同笼几只小鼠经过一番争夺,总是高等级的那只夺得热源。但是,一旦低等级的小鼠经激活前额叶皮层而在钻管测试中连续获胜后,再投入热源争夺,也会更容易获胜。这一结果说明“胜利者效应”可以在不同的竞争形式间迁移。

胡海岚研究组的这项研究首次确定了前额叶皮层对社会竞争的动态控制,第一次发现了哺乳动物大脑中“胜利者效应”的神经环路,并且发现了“胜利者效应”在不同行为学范式中的迁移效应。

专家表示,这项研究成果对人们理解人类的行为提供了许多线索和启发。

如拳王泰森在出狱后试图重启生涯,其经纪人特意安排他先与实力较弱的对手较量;连续赢下两场比赛后,泰森就战胜了实力强悍的对手,重新获得拳王称号。这一案例就是对“胜利者效应”的巧妙应用,现在我们对其背后的生物学机制有更充分的了解。由于社会竞争造成的社会地位与健康状况息息相关,本研究成果为研究社会行为相关的疾病提供了治疗思路,并且为在竞赛中提高选手成绩的行为训练策略提供了理论依据。

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