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《黑暗荣耀》爆火，或许你了解攻击行为背后的神经生物学机制吗？
人阅读 发布时间：2023-04-27 15:07
《黑暗荣耀》大家都看了吗？不知道有没有人像我一样非常不理解妍珍那个小团体为什么那么喜欢欺负别人的，究竟是什么在调控人的“攻击“行为呢？
下丘脑腹侧部( ventromedial hypothalamus，VMH)从被发现以来一直被认为是“攻击中心”，对小鼠的研究发现，VMH的腹外侧区（VMHvl）是调控攻击行为的关键核团[1]。特异性抑制VMHvlPR神经元的活动可减少雄鼠对领土侵犯的行为，强制激活VMHvlPR神经元则会引起其对同种或异种生物的攻击[2,3]。研究发现，VMHvlPR神经元会通过一种对社会环境非常敏感的方式唤醒攻击行为[2]，但这种现象背后的机制尚不清楚。
镜像神经元（mirror neuron）是指动物在执行某个行为以及观察其他个体执行同一行为时都发放冲动的神经元。因而可以说这一神经元“镜像”了其他个体的行为，就如同自己在进行这一行为一样[4]。对于人脑来说，在前运动皮质、运动辅助区、第一躯体感觉皮质、顶叶下皮质等中都有发现这类神经元。鉴于它们代表了自我和他人的行为，镜像神经元被认为是能够成功进行社会互动认知的重要组成部分[5]。然而，镜像神经元在行为表现中的功能相关性尚不清楚。
2023年3月16日，神经生物学领域著名期刊Cell上发表了题为Hypothalamic neurons that mirror aggression的工作，斯坦福大学Nirao M. Shah团队通过一系列工作进一步阐明了VMHvlPR神经元在攻击性行为中的作用[6]。
为了测试VMHvlPR神经元对攻击行为的响应，研究者们通过向PRCre小鼠的VMHvl区注射Cre依赖的GCaMP6s病毒（AAV1-Syn-FLEX-GCaMP6s）以便观察VMHvlPR神经元的响应（图1A）。结果显示雄鼠在攻击（图1C）、摇尾（一种类似示威的行为，图1D）以及观察攻击（图1E）和观察摇尾（图1F）时，VMHvlPR神经元都会被激活（图1C-F）。
接下来研究者们又分别研究了嗅觉、视觉、过往经验在引起VMHvlPR神经元响应中的作用。结果显示嗅觉缺失（图2A-C）或者没有过交配、攻击（图2G-I）的动物在观察到其他动物攻击行为时，VMHvlPR神经元仍会被激活，但缺少视觉输入的动物VMHvlPR神经元并不会被激活（图2D-F），这说明视觉输入在Aggression-mirroring这个过程中起至关重要的作用。
接下来，研究者们通过miniscope技术（同样是向PRCre小鼠的VMHvl区注射AAV1-Syn-FLEX-GCaMP6s）在单细胞层面观察了VMHvlPR神经元在攻击和观察攻击行为中的电活动（图3B、C）。其中在攻击（图3D、F、H、J）或摇尾（图3E、G、I、K）时作为VMHvlPR神经元的激活程度相似（图3L）。研究者们通过进一步分析发现，小鼠在自己进行攻击行为和观察到其他动物攻击行为时，有一部分VMHvlPR神经元都被激活了（图4）。
研究者们后续又设计了Mirror-TRAP的策略（在FosCreERT2小鼠VMHvl区注射AAV1-Syn-FLEX-GCaMP6s，并在其目睹其他小鼠攻击后注射4OHT，使被激活的VMHvl神经元表达GCaMP6s）（图5D），结果发现小鼠在目睹其他小鼠攻击或摇尾行为后，都有观察到大量的VMHvl神经元被激活（图5E、F）。在验证了Mirror-TRAP标记VMHvl神经元的有效性后，研究者们向FosCreERT2小鼠VMHvl区注射AAVDJ-EF1a-DIO-hM3D(Gq)-mCherry或AAVDJ-EF1a-DIO-hM3D(Gi)-mCherry，并在其目睹其他小鼠攻击后注射4OHT，使被激活的VMHvl神经元表达DREADDq/DREADDi，即可通过化学遗传学的方式激活或抑制VMHvl神经元（图6A，7A）。实验结果也显示，在给予了CNO激活VMHvl神经元后，雄鼠的攻击行为明显增多（图6B-G），而在抑制VMNvl神经元后，雄鼠的攻击行为则明显减弱（图7B-G）。
总之，这项工作从单细胞分辨率证明了小鼠VMHvl区神经元的活动会对自身的攻击行为及目睹攻击行为产生响应，并通过化学遗传学的手段证明了VMHvl神经元控制攻击行为的有效性。
参考文献…
[1] Lin, D., Boyle, M.P., Dollar, P., Lee, H., Lein, E.S., Perona, P., and Anderson,D.J. (2011). Functional identification of an aggression locus in the mouse hypothalamus. Nature 470, 221–226.
[2] Yang, T., Yang, C.F., Chizari, M.D., Maheswaranathan, N., Burke, K.J.,Borius, M., Inoue, S., Chiang, M.C., Bender, K.J., Ganguli, S., and Shah,N.M. (2017). Social control of hypothalamus-mediated male aggression.Neuron 95, 955–970.e4.
[3] Falkner, A.L., Dollar, P., Perona, P., Anderson, D.J., and Lin, D. (2014). Decoding Ventromedial Hypothalamic Neural Activity during Male Mouse Aggression. J. Neurosci. 34, 5971–5984.
[4] Gallese, V., Fadiga, L., Fogassi, L., and Rizzolatti, G. (1996). Action recognition in the premotor cortex. Brain 119, 593–609.
[5] Rizzolatti, Giacomo; Craighero, Laila. The mirror-neuron system (PDF). Annual Review of Neuroscience. 2004, 27: 169–192
[6] Yang, T., Bayless, D.W., Wei, Y., Landayan, D., Marcelo, I.M., Wang, Y., DeNardo, L.A., Luo, L., Druckmann, S., and Shah, N.M. (2023). Hypothalamic neurons that mirror aggression. Cell.(原文)
下丘脑腹侧部( ventromedial hypothalamus，VMH)从被发现以来一直被认为是“攻击中心”，对小鼠的研究发现，VMH的腹外侧区（VMHvl）是调控攻击行为的关键核团[1]。特异性抑制VMHvlPR神经元的活动可减少雄鼠对领土侵犯的行为，强制激活VMHvlPR神经元则会引起其对同种或异种生物的攻击[2,3]。研究发现，VMHvlPR神经元会通过一种对社会环境非常敏感的方式唤醒攻击行为[2]，但这种现象背后的机制尚不清楚。
镜像神经元（mirror neuron）是指动物在执行某个行为以及观察其他个体执行同一行为时都发放冲动的神经元。因而可以说这一神经元“镜像”了其他个体的行为，就如同自己在进行这一行为一样[4]。对于人脑来说，在前运动皮质、运动辅助区、第一躯体感觉皮质、顶叶下皮质等中都有发现这类神经元。鉴于它们代表了自我和他人的行为，镜像神经元被认为是能够成功进行社会互动认知的重要组成部分[5]。然而，镜像神经元在行为表现中的功能相关性尚不清楚。
2023年3月16日，神经生物学领域著名期刊Cell上发表了题为Hypothalamic neurons that mirror aggression的工作，斯坦福大学Nirao M. Shah团队通过一系列工作进一步阐明了VMHvlPR神经元在攻击性行为中的作用[6]。
为了测试VMHvlPR神经元对攻击行为的响应，研究者们通过向PRCre小鼠的VMHvl区注射Cre依赖的GCaMP6s病毒（AAV1-Syn-FLEX-GCaMP6s）以便观察VMHvlPR神经元的响应（图1A）。结果显示雄鼠在攻击（图1C）、摇尾（一种类似示威的行为，图1D）以及观察攻击（图1E）和观察摇尾（图1F）时，VMHvlPR神经元都会被激活（图1C-F）。
图1: VMHvlPR神经元在攻击与观察攻击行为时会被激活
接下来研究者们又分别研究了嗅觉、视觉、过往经验在引起VMHvlPR神经元响应中的作用。结果显示嗅觉缺失（图2A-C）或者没有过交配、攻击（图2G-I）的动物在观察到其他动物攻击行为时，VMHvlPR神经元仍会被激活，但缺少视觉输入的动物VMHvlPR神经元并不会被激活（图2D-F），这说明视觉输入在Aggression-mirroring这个过程中起至关重要的作用。
图2：视觉对Aggression-mirroring起至关重要的作用
接下来，研究者们通过miniscope技术（同样是向PRCre小鼠的VMHvl区注射AAV1-Syn-FLEX-GCaMP6s）在单细胞层面观察了VMHvlPR神经元在攻击和观察攻击行为中的电活动（图3B、C）。其中在攻击（图3D、F、H、J）或摇尾（图3E、G、I、K）时作为VMHvlPR神经元的激活程度相似（图3L）。研究者们通过进一步分析发现，小鼠在自己进行攻击行为和观察到其他动物攻击行为时，有一部分VMHvlPR神经元都被激活了（图4）。
图3:单细胞分辨率观察VMHvlPR神经元响应
图4:一部分VMHvlPR神经元在攻击和观察到攻击行为时被共同激活
研究者们后续又设计了Mirror-TRAP的策略（在FosCreERT2小鼠VMHvl区注射AAV1-Syn-FLEX-GCaMP6s，并在其目睹其他小鼠攻击后注射4OHT，使被激活的VMHvl神经元表达GCaMP6s）（图5D），结果发现小鼠在目睹其他小鼠攻击或摇尾行为后，都有观察到大量的VMHvl神经元被激活（图5E、F）。在验证了Mirror-TRAP标记VMHvl神经元的有效性后，研究者们向FosCreERT2小鼠VMHvl区注射AAVDJ-EF1a-DIO-hM3D(Gq)-mCherry或AAVDJ-EF1a-DIO-hM3D(Gi)-mCherry，并在其目睹其他小鼠攻击后注射4OHT，使被激活的VMHvl神经元表达DREADDq/DREADDi，即可通过化学遗传学的方式激活或抑制VMHvl神经元（图6A，7A）。实验结果也显示，在给予了CNO激活VMHvl神经元后，雄鼠的攻击行为明显增多（图6B-G），而在抑制VMNvl神经元后，雄鼠的攻击行为则明显减弱（图7B-G）。
图5: mirror-TRAP策略可标记观察攻击行为时的VMHvl神经元
图6:化学遗传学激活VMHvl神经元使雄鼠攻击性更强
图7: 化学遗传学抑制VMHvl神经元使雄鼠攻击性减弱
总之，这项工作从单细胞分辨率证明了小鼠VMHvl区神经元的活动会对自身的攻击行为及目睹攻击行为产生响应，并通过化学遗传学的手段证明了VMHvl神经元控制攻击行为的有效性。
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参考文献…
[1] Lin, D., Boyle, M.P., Dollar, P., Lee, H., Lein, E.S., Perona, P., and Anderson,D.J. (2011). Functional identification of an aggression locus in the mouse hypothalamus. Nature 470, 221–226.
[2] Yang, T., Yang, C.F., Chizari, M.D., Maheswaranathan, N., Burke, K.J.,Borius, M., Inoue, S., Chiang, M.C., Bender, K.J., Ganguli, S., and Shah,N.M. (2017). Social control of hypothalamus-mediated male aggression.Neuron 95, 955–970.e4.
[3] Falkner, A.L., Dollar, P., Perona, P., Anderson, D.J., and Lin, D. (2014). Decoding Ventromedial Hypothalamic Neural Activity during Male Mouse Aggression. J. Neurosci. 34, 5971–5984.
[4] Gallese, V., Fadiga, L., Fogassi, L., and Rizzolatti, G. (1996). Action recognition in the premotor cortex. Brain 119, 593–609.
[5] Rizzolatti, Giacomo; Craighero, Laila. The mirror-neuron system (PDF). Annual Review of Neuroscience. 2004, 27: 169–192
[6] Yang, T., Bayless, D.W., Wei, Y., Landayan, D., Marcelo, I.M., Wang, Y., DeNardo, L.A., Luo, L., Druckmann, S., and Shah, N.M. (2023). Hypothalamic neurons that mirror aggression. Cell.(原文)
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