男女有別「腦」知道?科學家揭示編碼同類雄性特徵的神經機制

2020-09-27 科學網

作者:何靜

在生物界,判斷性別是一種本能的社會行為,對於種群繁衍至關重要。動物往往通過整合感覺信息,先判斷同物種個體的性別,進一步表現應對行為。比如公孔雀看到雌孔雀,會張開自己美麗的羽毛,展現自己的「魅力」,而對公孔雀可能就會有攻擊行為。那麼,動物感知性別進而採取相應行為背後的神經機制是怎樣的呢?中國科學家的一項研究成果揭開了謎底。

中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室許曉鴻研究員團隊利用鈣信號記錄、化學遺傳操縱及腦片電生理等技術,解析了下丘腦腹側乳頭體前核通過整合嗅覺信息,特異性地編碼同物種雄性信息,進而調控小鼠攻擊行為的細胞及神經環路機制。相關成果北京時間2020年9月21日在線發表於《神經元》。

人類有彩色的視覺感知(三色視覺),判斷異性多依賴於視覺。「而除了人和非人靈長類之外的多數的哺乳類動物,嗅覺都比視覺更發達。夜間出來活動的鼠類,更是如此。」 許曉鴻告訴記者,「我們比較熟悉的動物,如狗和貓的嗅覺非常發達,主要靠嗅覺辨別同類個體性別。而動物界雌雄差異主要在於激素差異,這種差異直接影響尿液中的成分,因此通過尿液可以很準確地判斷其他個體的性別。」

「對小鼠而言,當雌雄個體不存在顯著的第二性徵差異的時候,靠尿液的判斷異性更準確。」許曉鴻說。

以往的研究發現,小鼠對於同物種的性別判斷主要依賴於嗅覺信息,下丘腦內特定核團驅動攻擊行為和求偶行為的發生。但這些核團在生理條件下如何整合來自嗅覺系統的性別信息,並指導行為發生的神經機制尚不明確。

為了進一步了解相關神經機制,許曉鴻團隊展開了一系列實驗。

首先,利用鈣信號記錄系統,研究人員發現腹側乳頭體前核表達多巴胺轉運體的神經細胞(PMvDAT)在小鼠嗅聞成年雄鼠尿液時反應強烈,而對於「去勢」雄鼠、雌鼠、幼鼠以及大鼠的尿液則反應很小。

「『去勢』就是通過手術,將成年雄鼠的睪丸摘除,於是雄鼠的雄激素水平也下降到基本為零。」 許曉鴻解釋。

研究發現,當利用藥理遺傳學方法抑制神經細胞(PMvDAT)時,雄性小鼠對於雄鼠尿液的辨識能力相應減弱、對於雄性入侵者的攻擊行為也顯著下降;而激活這群PMvDAT細胞,雄性小鼠則增加了對同性的攻擊。

通過進一步利用陽離子通道(Trpc2)基因敲除小鼠,破壞犁鼻器的嗅覺信號傳遞,研究人員發現這類基因敲除的雄性小鼠的神經細胞(PMvDAT)對於雄性小鼠尿液的反應顯著降低。「這證明了神經細胞(PMvDAT)整合來自犁鼻器的嗅覺信息。」

利用病毒示蹤、鈣信號記錄和藥理遺傳學方法,研究人員發現並證實來自犁鼻器的雄性小鼠尿液信號通過腹側終紋床核傳遞到神經細胞(PMvDAT)。

系列研究表明,神經細胞(PMvDAT)特異性地編碼同類雄性信息,並進一步指導行為的發生。

專家認為,該研究解析了雄性動物相關信息傳輸至下丘腦並引起攻擊行為的細胞和環路機制,為進一步研究性別特異性嗅覺信息處理、性別特異性行為的調控以及性別感知和意識的神經基礎奠定了堅實的基礎。

相關論文信息:https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(20)30656-5

相關焦點

  • 編碼同類雄性特徵的神經機制研究有新發現
    該研究利用鈣信號記錄、化學遺傳操縱及腦片電生理等技術,解析下丘腦腹側乳頭體前核通過整合嗅覺信息,特異性地編碼同物種雄性信息,進而調控小鼠攻擊行為的細胞及神經環路機制。本能社會行為對於種群繁衍至關重要。在行為產生之前,動物需要整合感覺信息,判斷同物種個體的性別,進一步表現出合適的行為。例如,雄性對雌性表現出求偶動作;而對其他雄性則發動攻擊。
  • Neuron:中科院許曉鴻組發現編碼同類雄性特徵的神經機制
    該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心(神經科學研究所)、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室許曉鴻研究組完成。該研究利用鈣信號記錄、化學遺傳操縱及腦片電生理等技術,解析了下丘腦腹側乳頭體前核通過整合嗅覺信息,特異性地編碼同物種雄性信息,進而調控小鼠攻擊行為的細胞及神經環路機制。
  • 腦智卓越中心在編碼同類雄性特徵的神經機制研究中獲進展
    9月21日,Neuron在線發表題為《特異性感知與攻擊行為相關的同物種雄性信息的下丘腦神經元》的研究論文。該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心(神經科學研究所)、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室許曉鴻研究組完成。
  • 男女有別「腦」知道
    那麼,動物感知性別進而採取相應行為背後的神經機制是怎樣的呢?中國科學家的一項研究成果揭開了謎底。中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室許曉鴻研究員團隊利用鈣信號記錄、化學遺傳操縱及腦片電生理等技術,解析了下丘腦腹側乳頭體前核通過整合嗅覺信息,特異性地編碼同物種雄性信息,進而調控小鼠攻擊行為的細胞及神經環路機制。
  • 腦科學日報:神經網絡如何識別和編碼性別?墮胎藥可延長果蠅壽命
    該研究通過微型螢光顯微技術(Miniaturized Microendoscope),記錄小鼠內側前額葉皮層(mPFC)的上百個神經元在識別雄性和雌性信息時產生的神經信號。作者們發現,即使是在前額葉皮層這樣處理高度複雜信息的神經網絡,神經細胞也可以編碼性別。
  • 研究揭示自我和他人位置編碼的神經機制
    研究揭示自我和他人位置編碼的神經機制 作者:小柯機器人 發布時間:2020/12/25 15:17:48 2020年12月23日,《自然》雜誌在線發表了美國加州大學洛杉磯分校Nanthia Suthana、Matthias Stangl
  • 研究揭示果蠅雌性交配的神經迴路機制
    研究揭示果蠅雌性交配的神經迴路機制 作者:小柯機器人 發布時間:2020/11/27 13:26:50 美國霍華德·休斯醫學研究所Barry J. Dickson研究組近日取得一項新成果。
  • 老年痴呆男女有別,首次發現女性X染色體可使患者壽命更長
    儘管女性的第二條X染色體的大部分被非編碼RNA的外層「沉默」了,但在小鼠和人類中,少數基因逃脫了這一過程,從而使雌性帶來了兩倍於這些基因所編碼蛋白的劑量。研究人員將注意力集中在這些活躍基因中的一個,Kdm6a,該基因已被發現參與學習和認知:當該基因發生故障時,會引起歌舞伎症候群(Kabuki syndrome),其特徵是發育遲緩和輕度至重度智力殘疾。
  • Cell Reports:中科院神經所揭示調控雄性小鼠攻擊行為的神經機制
    腦科學與智能技術卓越創新中心報導攻擊行為是大多數脊椎動物甚至無脊椎動物中非常重要的本能行為之一,在人類社會中,攻擊行為以及無法控制的憤怒及衝動,也是精神類疾病如躁狂症、雙向情感障礙等重要的表現形式,因此對於攻擊行為發生的神經基礎研究,以及遺傳分子、外界環境對於攻擊行為神經環路的影響
  • 我國科學家揭示聽覺皮層編碼聽覺認知的新機制—新聞—科學網
    探秘:大腦裡的信息分類
  • 上海生科院揭示動物防禦行為的神經機制
    上海生科院揭示動物防禦行為的神經機制 2016-07-25 上海生命科學研究院 【字體:該研究報導了中腦導水管周圍灰質腦區periaqueductal gray (PAG)參與動物防禦行為的神經機制。  防禦行為,比如逃跑、僵直、危險探測等,對動物的生存非常重要。當遭遇危險時,動物會根據所處的情境做出適當的防禦反應從而提高自己存活的機會。
  • 科學家揭示光流運動視覺錯覺產生的腦神經機制
    然而,「看見」並非如此簡單,這個過程實際上蘊含了極其複雜的神經網絡以及海量的神經運算過程,在這個過程中大腦真的會「欺騙」我們。 中科院神經科學研究所王偉、顧勇團隊首次揭示了複雜光流運動視覺錯覺在靈長類背側視覺通路中兩個重要運動信息處理腦區(MT和MSTd腦區)中的神經信息整合編碼機制。2月19日,該成果在線發表於《神經科學雜誌》。
  • 研究揭示動物社交欲望的神經機制
    中國科學院生物物理研究所朱巖課題組在Nature Communications上發表題為Social attraction in Drosophila is regulated by the mushroom body and serotonergic system的研究論文,研究以果蠅為模型,建立新的社交親和行為範式,以此量化動物主動尋求社會交往的內在驅動力,並揭示動物社交欲望的神經機制
  • 頂刊腦訊-第46周 神經編碼的抽象幾何學
    2、Cell | 視覺皮層GABA能神經元的重新分類3、Cell | 神經編碼的抽象幾何學機制4、Nature | 長時程記憶的基因表達機制>5、Nature | 初級視皮層方向選擇性的空間連接特徵Science | 丘腦是編碼記憶的關鍵腦區的新證據大腦皮層收集感覺信息進行編碼。
  • 腦智卓越中心揭示認知顏色空間形成的神經機制
    8月26日,《神經元》雜誌在線發表了題為《獼猴V1,V2和V4等級化的顏色處理機制》的研究論文,該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心(神經科學研究所)、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室王偉研究組與北京大學生命科學學院教授唐世明實驗室合作完成。
  • 科學家揭示動物社交欲望的神經機制
    attraction in Drosophila is regulated by the mushroom body and serotonergic system的研究論文,研究以果蠅為模型,建立新的社交親和行為範式,以此量化動物主動尋求社會交往的內在驅動力,並揭示動物社交欲望的神經機制
  • 腦智卓越中心揭示認知顏色空間形成的神經機制
    8月26日,《神經元》雜誌在線發表了題為《獼猴V1,V2和V4等級化的顏色處理機制》的研究論文,該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心(神經科學研究所)、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室王偉研究組與北京大學生命科學學院教授唐世明實驗室合作完成。
  • 腦科學日報:複雜的大腦;「社會撫摸」背後的神經生物學機制
    2,Nat Neurosci | 唐焰等揭示「社會撫摸」背後的神經生物學機制來源:BioArt閱讀連結:Nat Neurosci | 唐焰等揭示「社會撫摸」背後的神經生物學機制3,神經元如何維持「不死之身」
  • 面部識別的神經機制
    只需一瞥就知道一個人興奮還是憤怒,高興還是難過。腦成像研究發現,大腦顳葉(位於太陽穴下方)有一些藍莓大小的區域專門負責面部識別。神經科學家稱這些區域為「面部識別塊」(face patches)。然而,不管是對病人進行大腦掃描,還是植入電極進行臨床研究,都無法準確解釋這些區域的細胞是如何工作的。
  • 雌雄行為差異的神經機制
    該項研究由中科院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心、神經科學國家重點實驗室許曉鴻研究組完成。此項研究首次通過光遺傳手段在不同性別的小鼠中同時誘導出雄性求偶行為和母性行為,同時通過多種方法證明內側視前區表達雌激素受體(Estrogen receptor α,Esr1)的神經元在介導雌雄行為差異中起關鍵作用。