本能社會行為尤其是性行為是個體生存和繁衍的基礎(chǔ)。那么，性經(jīng)驗是如何引起大腦內(nèi)部狀態(tài)改變并影響本能行為抉擇的？驅(qū)動兩性性飽足的關(guān)鍵因素又是什么？

近日，《科學(xué)》發(fā)表了北京腦科學(xué)與類腦研究中心研究員李瑩團隊的最新進展。經(jīng)過3年研究，該團隊發(fā)現(xiàn)射精是驅(qū)動兩性性飽足狀態(tài)的關(guān)鍵事件，并首次在小鼠大腦邊緣系統(tǒng)的終紋床核（BNST）中發(fā)現(xiàn)可以持續(xù)編碼過往性經(jīng)驗的神經(jīng)環(huán)路，闡明了性經(jīng)驗如何影響兩性動物的交配動機。

李瑩告訴《中國科學(xué)報》，這項研究可以幫助人們理解社會經(jīng)驗在大腦中持久表征的神經(jīng)機制，以及這種表征如何長期影響動物行為。

動物行為與神經(jīng)元活動

大腦是身體最復(fù)雜的器官，它能夠?qū)⒏鞣N感覺信息轉(zhuǎn)換為不同的神經(jīng)信號，進而調(diào)控運動。這種感覺-運動轉(zhuǎn)換與個體的內(nèi)部狀態(tài)密切相關(guān)，并受過往經(jīng)驗調(diào)節(jié)。而社會經(jīng)驗，尤其是性經(jīng)驗，可以引起社會行為相關(guān)神經(jīng)回路的長期變化，并影響交配、打斗和照顧幼崽等本能行為。

在小鼠中，雄性和雌性成功交配后通常會失去交配興趣，達到性飽足狀態(tài)，而這種內(nèi)部狀態(tài)的改變不僅可以避免尋找新伴侶面臨的風(fēng)險和精力的浪費，對提高子代繁殖率也至關(guān)重要。然而關(guān)于兩性大腦中是否存在特異的神經(jīng)環(huán)路編碼性飽足狀態(tài)，以及該編碼如何長期影響個體行為抉擇尚不清楚。

“嚙齒類小鼠與人都是哺乳動物，具有一定的生物相似性。我們以交配行為為例，希望研究清楚社會經(jīng)驗是如何導(dǎo)致大腦內(nèi)在狀態(tài)發(fā)生長期改變的。這對了解人類社會行為的神經(jīng)基礎(chǔ)具有重要意義。”論文共同第一作者、北京腦科學(xué)與類腦研究中心和北京大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生李昂告訴記者。

通過對照實驗，研究人員首先發(fā)現(xiàn)射精是驅(qū)動兩性性飽足狀態(tài)的關(guān)鍵事件，該事件可以選擇性激活BNST中表達Esr2的神經(jīng)元（BNSTEsr2神經(jīng)元）。

通過在自由運動的小鼠中進行鈣成像，研究人員發(fā)現(xiàn)，相比于該區(qū)域其他類型的神經(jīng)元，BNSTEsr2神經(jīng)元在雄性動物射精及雌性動物感受到射精時，均特異性地被強烈激活，而在交配的其他階段沒有明顯反應(yīng)。

有趣的是，射精結(jié)束后，雌雄小鼠中約有一半的BNSTEsr2神經(jīng)元仍保持15至30分鐘較長時間的自發(fā)活動增強。這提示此類神經(jīng)元可能持續(xù)編碼成功交配后動物內(nèi)部狀態(tài)的改變。

李昂告訴記者，微小顯微鏡鈣成像技術(shù)是研究動物行為與神經(jīng)元活動關(guān)系的前沿方法。在小鼠腦部植入透鏡并通過微小顯微鏡成像后，可以清晰地看到每個神經(jīng)元的活動狀態(tài)。“此外，我們通過實驗室創(chuàng)新技術(shù)，克服了以往微小顯微鏡手術(shù)成功率很低的問題，極大提高了實驗效率?！?/p>

全新的研究視角

為了進一步研究BNSTEsr2神經(jīng)元是否持續(xù)編碼個體性飽足狀態(tài)，研究人員對兩性小鼠的BNSTEsr2神經(jīng)元鈣活動進行了長時程追蹤，全面比較了雌雄鼠在成功交配不同階段及交配動機恢復(fù)前后的自發(fā)活動情況。

他們發(fā)現(xiàn)，兩性小鼠僅在性飽足狀態(tài)下表現(xiàn)出更大幅度和更高頻率的自發(fā)鈣活動，這種活動在整個性飽足期可持續(xù)數(shù)天。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，在達到性飽足的兩性小鼠中，利用化學(xué)遺傳學(xué)方法抑制BNSTEsr2神經(jīng)元活動，能在30分鐘以內(nèi)恢復(fù)其交配能力；而通過Caspase3選擇性殺掉雄性小鼠的BNSTEsr2神經(jīng)元,小鼠會持續(xù)交配數(shù)天，即無法達到性飽足狀態(tài)。相反，在嗅探階段而不是交配開始以后激活BNSTEsr2神經(jīng)元，可以抑制正常雄性小鼠交配起始。這些發(fā)現(xiàn)進一步表明BNSTEsr2神經(jīng)元在抑制交配動機而不是交配動作方面發(fā)揮了重要作用。

為了解BNSTEsr2神經(jīng)元活動持續(xù)變化的機制，研究人員使用全細胞膜片鉗方法，分別在無性經(jīng)驗、性飽足和交配能力恢復(fù)的兩性小鼠中，記錄了BNSTEsr2神經(jīng)元的電生理特性。實驗發(fā)現(xiàn)，與無性經(jīng)驗和交配能力恢復(fù)的小鼠相比，處于性飽足狀態(tài)小鼠的更多BNSTEsr2神經(jīng)元表現(xiàn)出更高興奮性。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，處于性飽足狀態(tài)下的雄性小鼠BNSTEsr2神經(jīng)元會表達更多環(huán)狀核苷酸門控通道（HCN），而該現(xiàn)象在雌性小鼠中并不顯著。使用CRISPR/Cas9技術(shù)在BNSTEsr2神經(jīng)元選擇性敲除Hcn1基因，雄性小鼠表現(xiàn)出明顯的性飽足狀態(tài)缺失。

李瑩說，這項研究涵蓋了神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的許多前沿技術(shù)，在揭示性經(jīng)驗如何引起大腦內(nèi)部狀態(tài)改變這一重要科學(xué)問題方面取得了重要突破，也為人們了解性經(jīng)驗如何引起大腦持久改變提供了一個全新角度。

但李瑩也表示，不同社會經(jīng)驗還會引起其他本能社會行為的長期改變，如母性行為、打斗行為等，“這些改變在雌雄鼠中很不一樣，目前還不清楚這背后的神經(jīng)機制是什么”。

（原標(biāo)題《性經(jīng)驗如何改變大腦內(nèi)部狀態(tài) 我國神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域取得重要進展》）

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abl4038