《iScience》:Dissociating neural circuits of social and prosocial reward in rat helping behavior
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本研究通过改良版帮助行为测试(SHBT)成功分离了大鼠亲社会动机与社会奖赏的神经基础。研究人员发现,即便缺乏释放后社交接触,大鼠仍会同等解救群内与群外受困同伴,并揭示该行为由感觉皮层Oxtr+神经元而非伏隔核(NAc)驱动。这一发现为理解哺乳动物共情行为的神经机制提供了重要理论框架。
在自然界中,动物往往会表现出令人惊叹的利他行为。比如,一只大鼠会不辞辛劳地打开笼门,解救被困的同伴。这种行为背后,究竟隐藏着怎样的神经秘密?是出于对同伴的纯粹关怀,还是期待解救后的社交回报?长期以来,科学家们试图厘清亲社会动机(帮助他人)与社会动机(寻求社交)之间的界限,但两者在自然行为中常常交织在一起,难以区分。
以往的研究表明,大鼠在标准的帮助行为测试(Helping Behavior Test, HBT)中,确实会解救被困的“群内”成员(即同笼伙伴),但很少帮助“群外”成员(陌生大鼠)。这提示社交关系或期待解救后的互动,可能是驱动帮助行为的重要因素。那么,如果完全剥夺解救后的社交接触,大鼠还会帮助同伴吗?帮助行为背后的神经活动又会发生怎样的变化?
为了回答这些问题,Inbal Ben-Ami Bartal团队在《iScience》上发表了一项创新研究。他们设计了一种“分离式”帮助行为测试(separated HBT, SHBT)。在这个实验中,受困大鼠被释放后,会进入一个被透明穿孔隔板分开的区域,与施救大鼠无法进行身体接触。这样一来,施救大鼠帮助同伴的动机,就很大程度上剥离了对“社交奖赏”的期待,更能反映纯粹的“亲社会”动机。
研究人员运用了多项关键技术来揭示其神经机制。他们首先通过脑全脑c-Fos免疫荧光标记(一种神经活动标记物)来绘制帮助行为激活的脑区图谱。进而,利用高分辨率的RNAscope多重荧光原位杂交技术,在脑切片上同时检测即早基因c-Fos和催产素受体(Oxtr)的mRNA表达,以确定哪些活跃神经元对催产素敏感。此外,研究还采用了化学遗传学技术(DREADDs),特异性抑制或激活伏隔核(Nucleus Accumbens, Nac,大脑奖赏系统的关键区域)的神经元活动,以检验该脑区在帮助行为中的因果作用。行为分析则结合了自动化视频追踪(EthoVision XT15)和人工编码(BORIS软件),精确量化大鼠的运动和社会互动。
大鼠在分离情境下同样帮助群外成员
研究人员发现,在SHBT中,约一半的大鼠成为了“开门者”,它们会主动释放受困同伴。有趣的是,无论是面对同笼的“群内”成员,还是不同品系的“群外”陌生大鼠,帮助行为的发生率是相似的。这与标准HBT中大鼠明显偏向于帮助“群内”成员的结果形成了鲜明对比。这表明,当解除了对社交回报的期待后,大鼠表现出更广泛的亲社会倾向,其动机更侧重于缓解同伴的困境本身。
亲社会行为激活独特的脑网络
对施救大鼠大脑的分析揭示了一个“亲社会脑网络”。这个网络广泛分布于感觉皮层(如听觉、视觉皮层)、前额叶皮层(特别是眶额叶皮层OFC)、前扣带皮层(ACC)和脑岛(AI)等区域。然而,与标准HBT相比,SHBT中大脑奖赏系统的核心——伏隔核(NAc)并未显示出显著激活。这强烈提示,NAc的激活可能与期待社会奖赏更相关,而非亲社会行为本身。
伏隔核调控社交亲和而非帮助行为
为了验证NAc的作用,研究人员使用化学遗传学方法抑制了NAc的活动。结果发现,无论是对于已经学会开门的“专家”大鼠,还是正在学习该行为的“新手”大鼠,抑制NAc均不影响它们打开笼门的概率和速度。然而,在帮助行为发生后的社交互动阶段,NAc被抑制的大鼠表现出明显的社交亲和行为(如嗅探、跟随)减少。这说明NAc对于帮助行为后的社交奖赏体验至关重要,但对于发起帮助行为本身并非必需。
感觉皮层Oxtr+神经元在亲社会行为中被特异性招募
通过RNAscope技术,研究人员进一步观察了催产素系统在亲社会行为中的作用。他们发现,在SHBT中被激活的神经元中,感觉皮层(如听觉皮层、视觉皮层)有相当一部分同时表达催产素受体(Oxtr+)。而在同样被激活的前额叶皮层区域,Oxtr+神经元的比例则低得多。这表明,催产素可能通过调节感觉处理,来影响个体对同伴困境的感知和反应,从而促进亲社会行为。
本研究成功地将亲社会动机与社会奖赏的神经基础分离开来。研究结果表明,大鼠的亲社会帮助行为可以独立于社交回报的预期而存在。其背后的“亲社会脑网络”主要涉及感觉整合、价值评估和情绪共情相关脑区,而伏隔核则更多地负责处理帮助行为后的社交奖赏。特别重要的是,催产素系统可能通过调节感觉皮层的活动,在感知同伴困境和激发亲社会动机中扮演关键角色。
这项研究的意义在于,它提供了一个清晰的神经模型来解释纯粹的利他行为。这不仅深化了我们对共情和亲社会行为进化起源的理解,也为未来研究社交行为障碍(如自闭症谱系障碍)的神经机制提供了新的视角和靶点。该发现提示,感觉处理系统的功能状态以及催产素系统的调节作用,可能是影响个体亲社会行为差异的重要因素。