Neuron：新多通道光纤记录技术，打开社会行为编码模式研究新视野
攻击行为与性行为对物种生存和个体繁殖成功至关重要，这些先天性行为的产生，均源自大脑中hard-wired环路的支持[1]。1999年，Sarah Newman基于损伤和即刻早期基因定位研究，提出了社会行为网络(social behavior network, SBN)，该网络包括内侧杏仁核(MeA)、终纹床核(BNST)、下丘脑前部(AHN)、下丘脑腹内侧(VMH)等7个相互连接的皮层下区域，介导哺乳动物的先天社会行为[1]。但SBN并未覆盖所有社交行为必需脑区，需进一步拓展，如：后杏仁核(PA)向VMHvl和MPN脑区的投射促进攻击行为与性行为[2-4]。
SBN的一个基本特征是其富集性腺激素受体，这使得细胞能够受到性腺类固醇激素——雄激素(睾酮)、雌激素等的调节[1]。该类激素对于两性在发育过程中社会行为的出现和成年期社会行为的维持至关重要[5,6]。特别的，研究发现MPN和VMHvl中表达雌激素受体α (Esr1)的细胞是性行为和攻击行为的相关细胞集群[7-12]。
但社交线索如何跨脑区呈现，以及网络活动如何产生特定行为，仍然难以捉摸。
北京时间2023年8月15日，美国纽约大学朗格医学中心的林大宇（Dayu Lin）实验室在Neuron杂志在线发表了名为“Neural dynamics in the limbic system during male social behaviors”的论文。研究人员利用改进的多光纤记录技术，揭示了雄鼠在攻击与交配行为中网络水平上动态的神经反应模式。
1. 多通道光纤记录法记录雄鼠边缘系统13个脑区的Ca2+信号
研究人员利用改进的多光纤记录法(MFP)，将Cre依赖的GCaMP6f注射到Esr1-Cre雄鼠的候选的13个边缘系统脑区，用以记录雄性小鼠居住-入侵测试中，与入侵的雄鼠/雌鼠相遇、调查以及发生攻击/交配行为时，这些脑区中表达Esr1神经元的Ca2+信号。
图1：多光纤记录法(MFP)记录大脑边缘系统13个区域
2. 在最初遇到雄性和雌性入侵者时，扩展的SBN被广泛激活，且相同脑区具有不同的激活模式
在居住-入侵测试实验中，居住雄鼠在遇到入侵鼠时，其所有下丘脑和杏仁核的Esr1细胞Ca2+信号响应幅度均增加。遇到雄鼠时，VMHvl脑区的响应幅度中最大，其次为DMH和PMv等。遇到雌鼠，响应最大的脑区为MPN，其次为BNSTpm、PA等。不同脑区在与雄鼠或雌鼠社交时，有不同的激活模式，表明它们可能优先参与雄性或雌性导向的社会行为。
图2：雄鼠遇到雄鼠/雌鼠时，其相同脑区有不同激活模式
3. 雄鼠扩展的SBN在攻击与交配（性）行为中对应不同的神经网络模式，即攻击偏向网络（ABN）与交配偏向网（MBN），且可通过ABN与MBN的激活预测攻击与交配行为
雄鼠在攻击时，许多区域广泛和同时激活；在交配行为中，是一小部分区域的强烈激活和许多其他区域的逐渐抑制。基于各脑区在社交行为不同阶段下的平均Z值进行主成分分析（PCA），研究人员提出了①攻击偏向网络（ABN）：包括VMHvl、PMv、MeApd、DMH、AHN和lPAG；②交配偏向网络（MBN）：包括MPN、BNSTpm、PA和MeAa。
进一步，他们基于真实数据进行模型训练，发现可较好预测对应网络激活下的行为。
图3：攻击与交配行为的对应脑区应答信号与网络模式
4. 社会行为中扩展的SBN功能连通性的变化
通过计算每对同时记录的脑区之间的决定系数R2，来研究扩展SBN中脑区间的功能连通性及其是否随社会行为变化而变化。研究人员发现特定社会行为对应不同的社会网络的功能连通性改变，涉及整个社会网络的协调激活。
图4：社会行为中扩展的SBN功能连通性的变化
图5：图片摘要
总结
综上，该研究利用多光纤记录技术，记录了雄性小鼠在社交行为中扩展的SBN中的Ca2+响应。研究表明性别身份信息在网络中广泛存在，攻击和交配与不同的网络激活模式有关。攻击行为以VMHvl为触发，表现为多脑区的同步激活；而性行为与一小部分区域的连续激活以及它们在行为发展过程中的逐渐变化有关。特别交配后期的网络活动，表现为三个脑区的强烈激活与其他脑区的抑制，且脑区之间交流减少。
该研究以脑网络及其功能联结作为社交行为的编码模式，为社会行为的神经机制研究提供了整体的视野，并将为未来的可能会完善和修正MBN和ABN的功能研究提供重要的指导。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.07.011
参考文献
Guo Z, Yin L, Diaz V, et al. Neural dynamics in the limbic system during male social behaviors [published online ahead of print, 2023 Aug 9]. Neuron. 2023;S0896-6273(23)00544-5. doi:10.1016/j.neuron.2023.07.011
编译作者：Gilgamesh（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
