社会互动，比如形成纽带关系和养育子女，是动物和人类的本能，母性行为被认为是天生的，或者交配后诱导的，但也可以从经验中获得。
在灵长类动物中，包括人类在内，非亲生父母可以在观察有经验的照顾者下学会照看孩子。进化上古老的荷尔蒙—催产素是母体行为的重要分子信号。在哺乳动物中，下丘脑释放的催产素与分娩和哺乳有关。催产素也在大脑中起作用，增加社会信息的显著性，并使小鼠共同照顾幼崽现象。但是其中的神经机制一直以来都不太清楚。8月11日，纽约大学格罗斯曼医学院的研究人员在《Nature》上发表了题为“Oxytocin neurons enable social transmission of maternal behaviour”的研究论文。这项研究表明，从未交配和生育过的雌鼠（处女鼠）在观察另一只带崽雌鼠的育幼行为之后，可以完成同样的养育任务。这种学习会导致处女鼠大脑中产生催产素，这甚至为它们在生物化学上提前塑造了母性行为。
连续数天的行为监控
研究人员将处女鼠与带崽母鼠、幼鼠关在一起饲养。这些处女鼠开始模仿母鼠的行为，将幼仔聚集到巢中（这里说的取回行为）。为了检查导致处女鼠母性行为的行为事件和神经活动模式，研究人员建立了一个系统，在母鼠、幼崽和处女鼠同居的笼子中进行为期数天的行为和神经活动监测(图1A)。该系统由一架空摄像机(白天)和红外光(夜间)成像，与超声波音频记录和用于神经记录的放大器同步，构建了行为图，并量化了特定行为的频率和持续时间(例如，自发取回幼崽和呆在巢里的时间；图1B)。
在线下检查了每天取回幼崽的情况，以确定处女鼠何时开始对幼崽的呼唤做出可靠的反应(图1B，C)。研究人员发现，母鼠的存在加速了处女鼠共同照顾幼崽的行为。与母鼠和幼崽同住的处女在合住的第二天就开始取回幼崽，早于单独跟幼崽同住的处女鼠(图1c，d)。幼崽的取回最初不是由处女鼠实施的，而是母鼠，无论幼崽多大，母鼠都会取回幼崽。处女鼠开始在巢中与幼崽共度时光(图1b，e)，进入巢穴的处女鼠越多，处女鼠照顾幼崽的越有可能在第1天出现(图1f)。要知道，在这实验之前，处女鼠甚至会对幼崽进行殴打。
母鼠PVN的活动
为了确定母鼠如何导致处女鼠照顾幼崽的行为，研究人员分析了每个笼子4天观察时间的视频，其中观察到一些母鼠和处女鼠不寻常的互动。首先，母鼠试图把处女鼠和幼崽赶到窝里。如果处女离开巢穴，母亲会护送或者说“牧”她回来(图1g-j)。“牧”这种行为从几个小时到几天开始出现，这种行为不同于攻击；母鼠并不阻止处女鼠和幼崽接触，而是鼓励处女鼠进入并留在巢穴中。这种行为在同居的几天中发生了成百上千次(图1J)，其频率与第一天处女鼠取回幼崽相关(图1K)。
研究人员假设同居会诱导催产素激活，进一步导致处女鼠照顾幼崽的行为。使用与抑制性G蛋白受体(DREADDi)偶联的药物专门激活的受体来沉默PVN催产素神经元（OT-PVN细胞），并发现同居处女鼠的取回行为开始延迟(图2A)。然而，在处女开始取回之后，OT-PVN细胞的沉默几乎没有效果。
为了研究了激活原始PVN和OT-PVN细胞的相互作用。作者们在同居期间对处女鼠PVN进行了单个单元记录，包括光学识别表达视紫红质2通道的OT-PVN单元(图2B，n=17个处女，541个PVN单元，21个OT-PVN单元)，用共同配准的微型计算机断层扫描(μCT)和磁共振成像(图2B)定位电极。在取回测试或其他母鼠-幼崽相互作用期间，一些单元被脱机记录。处女鼠PVN和OT-PVN单位被放牧行为激活，或一开始进入巢穴就被激活，较少的激活是来自追逐的母鼠、进入空巢或是幼崽的叫声(图2C-j)。
母性行为的社会传递
研究还发现，在看到母鼠自发取回幼崽后，处女鼠的PVN活性增加。大约每隔两个小时，母鼠就会跳下来一次，然后把幼崽带回来，有时会把幼崽带到处女鼠身边(图3a)。值得注意的是，尽管处女鼠没有直接参与取回，但母鼠取回的行为引起了处女鼠PVN的反应(图3b，c)。处女鼠的一些PVN和OT-PVN单位对“牧”和母鼠取回都有反应，但群体反应是帮助母鼠照顾幼崽的行为(图3D)。通过对单元记录之间的交叉相关性分析，发现OT-PVN细胞对在放牧、归巢和母鼠取回更相关(扩展数据图7D，e)。这些数据表明，这些经历激活了催产素神经元，确保新父母能够适应婴儿的需要。
此外，处女鼠看着母鼠照顾幼崽，会促使它们替代母鼠去照顾幼崽。研究人员在非共居处女鼠中，连续四天对有处女鼠在场的母鼠进行了10次取回测试（总共40次母鼠取回）。大约30分钟后评估处女鼠的取回行为。发现，在观察到母鼠取回后，处女鼠的取回行为开始增加（图3e-g，无障碍：在40次母体示范后11/15只处女开始取回）。
为了测试这种取回行为的传递是否涉及肢体接触，因此在处女鼠和母鼠中间插入一道透明的栅栏。透明屏障后的大多数处女鼠依然学会了取回(图3F，g，透明：12/19个取回)。因此，视觉输入是必需的，因为大多数在不透明屏障后面的处女鼠没有学会取回幼崽(图3F，g，不透明：2/18个处女取回)。催产素信号也很重要，因为催产素受体(OXTR)-基因敲除(knockout, KO)的处女鼠，在通过透明屏障观察母鼠取回后并未开始取回(图3F，g，OXTR-KO：3/10处女鼠学会取回，P=0.1)。非合住处女鼠的取回学习速率比合住处女慢(图1C)，可能是由于PVN和OT-PVN相互作用的反应的异质性，使得在合住期间的经历更有效地激活了中枢催产素系统。
通过基于注射假型狂犬病的单突触逆行追踪，识别催产素神经元的视觉输入，发现了来自同侧上丘内侧浅层的投影(SSc→PVN)，参与视觉处理。光遗传SSc→PVN刺激可以取代暴露在不透明屏障后面的非共居处女鼠的视觉体验(ChR2-Venus：4/5处女鼠取回；对照：1/6处女鼠取回)。处女鼠和巢中的母鼠或幼崽之间的互动可能会唤醒的PVN输入，而母鼠母性行为的展示可能会导致中枢视觉反应。这些结果提出了一种电路模型，通过该模型，来自社会经验的感觉输入会聚在一起，激活催产素神经元，并可能激活其他类型的下丘脑细胞，从而实现照顾幼崽的行为。
在观察测试期间，母鼠取回激活了非共居处女鼠的PVN神经元，即使处女鼠与母鼠或幼崽没有肢体接触(图3H-j)。处女鼠在观察母鼠取回的过程中，自己的细胞也被激活了(图3H，I；左，15/65个PVN单元活动增加；右，15/41个神经单元活动增加)。在观察的第一天，PVN活动的增加比最后一天更高(图3J)，并且只在那些最终开始取回的非共居处女鼠中升高(图3J)。因此，这表明，母性行为会通过母鼠的表现传递给其他雌性，有时在视觉上，通过包括催产素细胞在内的原始PVN神经元的进行募集。
PVN活性与皮质可塑性
一种重要的母性神经适应发生在左听觉皮层，它受催产素调节以放大对幼崽紧急呼叫的反应，以促进取回。结果表明，虽然原始PVN不会直接响应幼崽的呼唤，但当被遗弃的幼崽发出求救信号时，处女鼠的原始PVN和OT-PVN神经元在共同居住期间会被特定的事件募集。这种经历会自然地将求救信号与PVN激活、催产素信号在处女鼠的大脑区域中配对，包括对处理发声非常重要的区域，如左侧听觉皮质。
用单位记录法和纤维测光法对处女鼠左侧听觉皮层和PVN进行了记录，在一组处女鼠的左听觉皮质植入四极管，让它们与经验丰富的母鼠和幼崽同住4天，每天测试取回情况。正如预期的那样，每只处女鼠在共住期间到取回开始时，对回放幼崽叫声的单个单位反应都有所增加。
在第二组野生型共居处女鼠中也得到了类似的结果，通过测定GCaMP6s在左侧听觉皮质中的表达和纤维光度测定(图4A-C)。研究人员发现取回开始的前一天光度信号就逐渐增加(图4b，c；P=0.003，n=3)。取回开始24小时后的反应减少，这可能反映了皮层活性的进一步细化，通过稳态机制或抑制可塑性，防止呼叫敏感集合形成后的过度兴奋。
接下来，研究人员测试了非同居的处女鼠的PVN活动皮层与幼鼠呼唤反应之间的关系。采用的是以试验为基础的取回测试和观察性测试的结构。在观察性测试期间中，处女鼠PVN峰电位短暂增加，并伴随着对幼鼠叫声皮层反应的增强(图4e)。甚至在处女鼠开始取回幼崽之前，单次试验的PVN活动与幼崽叫唤诱发的皮层反应相关(图4F)。假设，这种与幼崽叫声配对的几个元件可以持久地增强皮层反应，那么将来处女鼠做妈的时候就会对幼崽的呼喊作出迅速反应。
研究人员又测试了幼崽取回行为是否需处女鼠的PVN向左侧听觉皮质传递信号，在通过透明屏障观察母鼠取回期间，对PVN→听觉皮层投射进行光度测量(图4G-I)。表明，观察过取回行为的处女鼠在开始取回的的时候，PVN→听觉皮层投射被激活(图4H，I)。相比之下，在没有在观察取回行为的处女鼠中，PVN→听觉皮层投射没有显著激活(图4H，I，非学习者，P=0.50)。
最后，为了研究了PVN→听觉皮层输入是否涉及催产素信号。研究人员在透明屏障观察测试前，将选择性催产素受体拮抗剂(OTA)注入处女鼠左侧听皮层，阻止处女鼠学习取回，结果发现PVN→听觉皮层输入确实设计催产素(图4J，生理盐水，7/9处女鼠取回；OTA，2/10处女鼠取回)。
结语
在该研究中，研究人员构建了一个集成系统，将连续几天的录像与音频和神经活动监测相结合，通过回放影片观察发现，有经验的母亲会把处女鼠赶向幼崽，而不是赶进空巢。确保幼崽受到至少一名共同照顾者的保护。处女鼠还可以学习母鼠如何取回幼崽，而这种社会学习依赖于视觉输入，研究人员确定了从上丘视觉层到催产素神经元的直接投影。当处女鼠自己有窝时，这些在同居期间获得的宝贵的育儿经验可能会提高早期母体护理的质量。社会传播的父母行为将有助于动物的生存繁衍。另外有人提出一种假设，是否应该尝试对虐待儿童的父母进行催产素治疗，这种想法的实现还在进一步的研究中。
原文链接：
end
注：本推文首发“科研日精进”微信公众号