科學(xué)家破解雌雄小鼠共情之謎
2024.03.27近日，中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院教授李勃興和黃瀲滟團隊研究發(fā)現(xiàn)了雌雄小鼠共情行為的性別差異，并解析了介導(dǎo)共情行為的感覺模態(tài)、神經(jīng)環(huán)路和潛在分子機制。相關(guān)成果在線發(fā)表于《神經(jīng)元》（Neuron）。
“我們在研究中發(fā)現(xiàn)雌雄小鼠在面對痛苦的同伴時，表現(xiàn)出了明顯的行為差異性。”論文共同通訊作者李勃興告訴《中國科學(xué)報》，該效應(yīng)和機制的發(fā)現(xiàn)，不僅推進了我們對共情行為生物基礎(chǔ)的理解，還突顯了遺傳學(xué)、大腦功能與社會行為之間復(fù)雜的相互作用。
共情是什么
“共情，作為一種理解并分享他人情感的能力，是人類和許多動物社會交往的基礎(chǔ)。然而，關(guān)于共情行為的性別差異及其神經(jīng)機制，我們之前的理解相對有限。”論文作者、中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院博士后方舜昌表示。
為了適應(yīng)群體生活，個體需要及時識別其他個體的情緒狀態(tài)并作出適宜的行為反應(yīng)。這種感受、識別、理解和想象對方情緒狀態(tài)并產(chǎn)生適宜行為的能力被稱為共情（empathy）。當(dāng)目睹同伴經(jīng)歷痛苦時，個體會因情感共情而出現(xiàn)焦慮、不安、恐懼等情緒變化，也會因認知共情而表現(xiàn)出安慰、解救等親社會行為。
對個體而言，共情有助于獲取環(huán)境信息，發(fā)展社會關(guān)系，更好地融入群體，提高生存率；對群體而言，共情有助于促進利他行為，增進凝聚力，發(fā)展道德，維持物種的生存和繁衍。相反，共情出現(xiàn)異常不僅會引起極端的利己主義，也可導(dǎo)致極端的反社會行為。此外，共情異常也是孤獨癥、抑郁癥、精神分裂癥等多種神經(jīng)精神疾病的共同特征。
方舜昌表示，隨著共情研究的逐漸深入，人們對共情的認識逐漸加深，但是仍有許多問題尚待解決。如，個體如何感知他人的情感狀態(tài)，如何將感知信息轉(zhuǎn)化為共情行為，不同性別個體的共情行為是否相同？
記者了解到，研究者通過無監(jiān)督機器學(xué)習(xí)方法，詳細分析了雌雄小鼠在面對疼痛同伴時的行為表現(xiàn)。結(jié)果顯示，雌雄小鼠在測試初期呈現(xiàn)出共有的行為學(xué)特征，均通過頻繁的探索行為來感知同伴狀態(tài)。但在測試的后期，雌雄小鼠表現(xiàn)出明顯不同的行為特征。
雌性小鼠表現(xiàn)出類似安慰對方的社交接近行為，而雄鼠則表現(xiàn)出類似焦慮和自我安慰的自我梳理行為。雌雄小鼠的行為均是以共情為基礎(chǔ)的行為，因為它們符合熟悉偏好、狀態(tài)匹配、受性激素調(diào)節(jié)以及依賴于同伴存在等共情行為特征。
“進一步研究雌雄小鼠通過何種感覺信息感知同伴的疼痛狀態(tài)。我們發(fā)現(xiàn)，疼痛同伴的體液氣味是誘發(fā)共情行為的關(guān)鍵，阻斷體液氣味的傳遞則阻斷了共情行為的產(chǎn)生。與之相對，單獨的視覺或聽覺信息不足以引起共情行為。”李勃興說。
破解共情之謎
“在研究中，我們發(fā)現(xiàn)雌雄小鼠在面對痛苦的同伴時表現(xiàn)出不同的共情行為，該過程是由兩條完全不同的嗅覺神經(jīng)環(huán)路介導(dǎo)，這兩條環(huán)路在基因表達模式上存在固有的性別差異。”李勃興表示，該研究揭示共情行為性別差異的神經(jīng)機制。
研究者進一步探究了嗅覺信息如何在雌雄小鼠中引起完全不同的共情行為。他們發(fā)現(xiàn)，嗅覺信息雖然都激活了嗅覺中樞——梨狀皮層（piriform cortex，PiC），但在雌雄小鼠中激活的神經(jīng)元群體及下游神經(jīng)環(huán)路卻截然不同：在雌性小鼠中主要激活梨狀皮層至前邊緣皮質(zhì)（prelimbic cortex，PrL）環(huán)路（PiC→PrL環(huán)路），而在雄性小鼠中則主要激活梨狀皮層至內(nèi)側(cè)杏仁核（medial amygdala，MeA）環(huán)路（PiC→MeA環(huán)路）。進一步的光遺傳學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué)實驗證明，這兩條神經(jīng)環(huán)路是介導(dǎo)雌雄小鼠不同共情行為的充分和必要條件。
為何相似的嗅覺刺激會在雌雄小鼠的PiC中激活完全不同的神經(jīng)環(huán)路？
為了回答上述科學(xué)問題，研究者系統(tǒng)比較了投射至PrL和MeA的PiC神經(jīng)元的基因表達情況。他們發(fā)現(xiàn)，PiC神經(jīng)元的基因表達存在明顯的性別差異。在投射至PrL的PiC神經(jīng)元中，與神經(jīng)元興奮性相關(guān)的基因（編碼離子通道和突觸蛋白的基因）在雌性中表達更高，可以部分解釋為何雌性的PiC→PrL環(huán)路更易激活；相反，在投射至MeA的PiC神經(jīng)元中，上述基因在雄性中表達更高，可部分解釋為何雄性的PiC→MeA環(huán)路更易激活。進一步的分析發(fā)現(xiàn)，這種基因表達差異是由轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)和性激素共同調(diào)控所致。
論文共同通訊作者黃瀲滟表示，該研究發(fā)現(xiàn)，在目睹同伴經(jīng)歷疼痛時，同伴的體液氣味在雌雄小鼠中激活了不同的神經(jīng)環(huán)路；在雌性小鼠中激活的PiC→PrL環(huán)路引起共情性社交親近行為；在雄性小鼠中激活的PiC→MeA環(huán)路引起共情性自我梳理行為。這兩條環(huán)路激活程度的差異由其基因表達模式上的性別差異所致。
社會行為是一種先天性本能行為，在動物的生存和繁衍中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授徐晗認為，該研究為社會行為的性別差異現(xiàn)象提供了令人信服的神經(jīng)機制解釋，同時對該領(lǐng)域的未來研究具有啟發(fā)性。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.02.001
