性信息素改变了大脑回路来驱动先天和后天的性行为

   内侧杏仁核nNOS神经元被darcin激活。神经元是蓝色的,被达辛激活的神经元是橙色的。资料来源:Ebru Demir/Axel实验室/哥伦比亚大学祖克曼研究所

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  哥伦比亚大学在老鼠身上进行的一项研究发现,一种以简·奥斯汀笔下的人物命名的性信息素能够改变老鼠求爱时的大脑回路。
  在简·奥斯汀的《傲慢与偏见》中,臭名昭着的冷漠达西先生很难吸引异性。但一种以他命名的性信息素却不是这样,它叫达辛。在一项新的研究中,哥伦比亚大学领导的一个研究小组发现了这种蛋白质在雌性老鼠大脑中的控制过程,使大脑的情绪中心细胞有能力评估老鼠的性准备并帮助她选择配偶。
  这些研究结果发表在2020年2月6日的《自然》杂志上,阐明了单一蛋白质改变大脑和驱动行为的力量。他们还演示了一个大脑区域的细胞群如何将外部世界的信息与动物自身的内部状态整合起来。
  这篇论文的第一作者,Ebru Demir博士说:“信息素是一种强大的气味信息,它可以作为危险、食物或潜在伴侣存在的信号。””与今天的研究,我们绘制了路线的信息素darcin需要从鼻子到大脑,带来急需的理解机制的动物用气味来交流,“Demir博士补充道,是谁在实验室助理研究员的诺贝尔奖获得者理查德?阿克塞尔博士在哥伦比亚的莫蒂默b Zuckerman心理大脑行为研究所。
  虽然信息素在人类身上的存在是有争议的,但啮齿动物和许多其他动物依靠信息素来传达一切信息,从潜在的危险到求偶的意愿。
  达辛就是这样一种信息素,2010年由利物浦大学的罗伯特·贝农博士和简·赫斯特博士及其团队发现。赫斯特博士和她的同事们发现,雄性老鼠在它们的尿液中释放darcin来标记它们的领地,并开始求爱行为。闻一只雄性的达辛有助于雌性识别它并决定是否与它交配。这整个过程是以一种生物学上不寻常的方式开始的。
  正常情况下,老鼠通过鼻子里的嗅觉感受器来感知气味。这些特殊的蛋白质将有关气味的信息发送到大脑中指定的位置进行进一步处理。阿克塞尔博士是哥伦比亚大学祖克曼研究所(Zuckerman Institute)的联合主任,她与琳达·巴克(Linda Buck)博士共同获得了2004年诺贝尔生理学或医学奖,以表彰他们识别编码这些受体的基因的工作。
  信息素,如达辛,处理方式有些不同。它们与另一种平行的嗅觉系统相互作用,这种嗅觉系统存在于老鼠等动物身上,但不存在于人类身上。
  “与人类不同,老鼠本质上有两个功能性鼻子,”德米尔博士说。“第一个鼻子的工作原理和我们的一样:处理气味,比如在尿液中发现的臭味颗粒。但另一种系统,称为犁鼻鼻,是专门用来感知像达辛这样的信息素的。”
  在今天的研究中,包括赫斯特博士、贝农博士和冷泉港实验室的共同高级作者亚当·凯佩克斯博士在内的研究小组,首先将雌鼠暴露在有达尔金气味的尿液中,并监测它们的行为。几乎所有的雌鼠都立即对达辛产生了好感。然后,大约50分钟后,一些雌性开始留下自己的尿液气味标记。它们还开始唱歌,声音的超声波频率太高,人耳听不到。这两种行为都是性欲增强的表现。
  并不是所有的雌性都有这样的表现。例如,哺乳期的母亲在一开始嗅到感兴趣的气味后,似乎在很大程度上忽略了达尔辛的气味。
  科学家们提出,造成这种差异的原因可能在于大脑中被称为内侧杏仁核的区域。研究小组在这个大脑区域发现了一个名为nNOS神经元的脑细胞或神经元亚群,这些神经元在有darcin的情况下会启动。
  “通过人工激活这些神经元,我们可以模拟动物对达辛的反应,并引出同样的行为,”德米尔博士说。“当我们让这些神经元沉默时,动物对达辛完全失去了兴趣。”
  神经元在杏仁核内侧的位置特别有趣。这个大脑区域通常与固有的情绪反应有关,比如恐惧或愤怒。然而,在达辛信息素的情况下,内侧杏仁核可能发挥另一个作用。
  “我们的研究结果表明,杏仁核内侧的nNOS神经元并不是简单地传递关于darcin的信息,”Demir博士说。“这些神经元似乎将有关信息素的感觉信息与动物的内部状态整合在一起,比如她是否是哺乳期的母亲,因此对交配不感兴趣。”
  接下来,研究小组计划深入研究对信息素作出反应的神经回路,以及这种回路如何改变驱动行为。他们还希望他们的发现能有助于更新信息素的定义。
  “长期以来,信息素一直被认为是一种先天的、即时的行为反应,但现在我们已经证明,达尔辛可以引发依赖于动物内部状态的复杂行为,”德米尔博士说。“随着我们的研究不断深入,其他信息素也可能以同样出人意料的复杂方式作用于大脑。”
  这篇论文的题目是“信息素驱动先天和强化行为的回路”。其他贡献者包括李宇光、娜塔莎·博博罗斯基-库里和约书亚·桑德斯博士。
  参考文献:Ebru Demir、Kenneth Li、Natasha Bobrowski-Khoury、Joshua I. Sanders、Robert J. Beynon、Jane L. Hurst、Adam Kepecs和Richard Axel于2020年1月29日在《自然》杂志上发表的《信息素驱动先天和强化行为回路》。
  DOI: 10.1038 / s41586 - 020 - 1967 - 8
  这项研究得到了霍华德·休斯医学研究所、生物技术和生物科学研究理事会以及罗伯特·e·利特和克拉拉·格思里·帕特森信托基金的资助。
  作者报告说,没有财务或其他利益冲突。

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