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Science:浙大胡海嵐團隊—成功經歷如何重塑大腦
來源:中國科技網   發布者:ailsa   日期:2018-08-08   今日/總瀏覽:3/6201

2017年7月14日上線的《科學》雜志以研究長文(Research article)形式刊登浙江大學求是高等研究院系統神經與認知科學研究所和醫學院神經科學研究中心的胡海嵐團隊的研究成果,第一次指出大腦中存在一條介導“勝利者效應”的神經環路,它決定著:先前的勝利經歷,會讓之后的勝利變得更加容易?!?/span>

這篇題為《勝負經歷重塑丘腦到前額葉皮層環路以調節社會競爭優勢》(History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance)的文章,由博士生周亭亭,朱鴻和范鄭曉等在胡海嵐教授的指導下共同完成。

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有人的地方就有江湖,其實這句話只說對一半。魚類、鳥類、靈長類等動物中間也有“江湖”,科學家稱之為社會等級。上世紀20年代,一位挪威的科學家最早在家雞中觀察到:等級高的雞總是啄咬等級低的,而相反的狀況則極少發生。

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社會等級與我們的個體健康等息息相關,背后有什么神經機制? 2011年,胡海嵐團隊在《科學》發文,引入“鉆管測試”來研究小鼠的等級地位:在一段只能讓一只小鼠通過的玻璃管道中,兩只小鼠狹路相逢,一場不進則退的較量在所難免,而優勢者會在30秒內將對方推出管道。一群小鼠經過兩兩競爭,等級高低便一目了然。

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當年這項研究最激動人心之處,還在于第一次向世界指出了調節社會競爭的神經基礎,位于大腦內側前額葉的腦區。當科學家定向增強內側前額葉腦區的突觸(大腦細胞之間連接、通訊的基本結構單元)強度,處于劣勢的小鼠就像服用了“大力神丸”,勇氣倍增,有如神助地將優勢小鼠逼出玻璃管道,成功逆襲。

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基于上述發現,利用光遺傳學的方法(一種利用激光來瞬時、特異激活神經元的手段),胡海嵐團隊在這項研究中進一步實時“操縱”了鉆管競爭的輸贏。并且發現,小鼠等級地位相差越懸殊,逆襲所需的“神經激活劑量”就越高。但她們并沒有停止研究。團隊成員發現了更為有趣的現象:

當劣勢小鼠成功逆襲6次或更多次時,即使離開科學家的“幫助”,“裸奔”的小鼠依然能實現逆襲。而成功經歷不足6次,裸奔的劣勢小鼠會恢復到劣勢地位?!斑@種先前勝負經歷影響后續比賽輸贏的現象,恰恰體現了心理學中的‘勝利者效應’?!敝芡ねふf。

這一效應是如何產生的呢?團隊發現了一個從中縫背側丘腦投射到前額葉皮層神經通路,當增加這一環路突觸連接的強度,就能介導“勝利者效應”?!俺晒洑v會重塑這一通路的突觸連接強度,從而影響后續競爭中的表現?!焙拐f。

也就是說,在勝利了6次之后,劣勢小鼠的大腦發生了質變,他們的神經突觸連接強度顯著增加了,有效地幫他們進階并維持在更高的等級地位。

研究團隊認為,這是一條在進化上保守的神經環路,從低等哺乳動物到高等哺乳動物乃至人類中普遍存在,因此會有更多的啟示意義。

為了驗證這一“勝利者效應”,研究團隊還設計了一項熱源爭奪戰的實驗。在一個冰冷的方形盒子中,四只小鼠對位于盒子角落的溫暖地帶展開競爭。只要是之前在鉆管測試中獲得重復勝利經歷的小鼠,在熱源爭奪中也會更容易獲勝。周亭亭認為,這一結果首次說明“勝利者效應”可以從一種行為學范式遷移到其他的行為中。

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《科學》雜志的評審專家認為,“這是一篇杰作,它運用了多種技術手段實現了對神經回路的操控,向我們展示了令人驚異的而且清晰的行為現象及行為范式?!睂W術界認為,這項研究為研究社會等級的形成和穩定提供了新的思路和研究方法,也為對輸贏決定、社會等級的認知等的神經環路進行更為細致的研究提供了新的靶點腦區。

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“勝利者效應”是一種重要而有趣的現象,都柏林大學圣三一學院心理學教授伊恩?羅伯遜曾著書《勝利者效應》,講述了從動物到人類世界發生的各種“勝利者效應”的故事,其中就有拳王泰森的一段:泰森鋃鐺入獄數年后復出,經紀人巧妙設計了兩場比賽,對手實力遠低于泰森。不出所料,泰森贏得了這兩場比賽。緊接著,泰森才戰勝了強大的對手布魯諾,再次獲得金腰帶,重新走上事業巔峰。

朱鴻說,這項研究在動物實驗中第一次驗證“強者恒強”的現象并且闡釋了其神經科學原理。雖然人類社會遠比動物社會復雜,但是這項研究對于提高人們在各項比賽、考試、人際交往中的表現,也提供了有益的線索。

胡海嵐教授長期致力于研究情緒與社會行為的分子與神經環路機制,曾先后在冷泉港實驗室和中科院上海生命科學研究院從事研究工作,2015年5月加入浙大。中科院院士,醫學部主任段樹民說,學校盡可能充分地、靈活地調動各方資源,為科學家營造良好的研究環境。段樹民認為,腦的高級認知、情感等行為的神經環路和神經生物學機制是腦科學中最具有挑戰性的問題,胡海嵐在該領域有著系統的創新性工作,受到國內外同行的廣泛認可?!翱吹胶箞F隊最近又取得既有理論意義又有潛在應用價值的原創成果,由衷為她的團隊感到高興?!?/span>

據介紹,該項研究受到浙江大學985基金、科技部973項目,中國科學院先導計劃B,神經科學國家重點實驗室、國家杰出青年基金等資助。

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