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最后一名真能逆袭第一!浙大学者Science发表长文解破其中秘密

时间: 2017-07-16阅读:


概要:胜负经历重塑丘脑到前额叶皮层环路以调节社会竞争优势

来源:浙江大学


7月13日,在浙江大学求是高等研究院和医学院神经科学研究中心的胡海岚研究组,一只小老鼠豆豆,在众人的见证下实现了逆袭:


等级测试实验中,豆豆在一笼4鼠中处于最下游位置,第4。也就是说,排在它前面的每一只老鼠,都可以过“吃饭、睡觉、打豆豆”的日子,但豆豆只能吃饭、睡觉。


课题组改变了豆豆,他们对豆豆的一些脑神经细胞进行激活。


接下来,神奇的事情发生了——小豆豆在领地竞争中,战胜了第三名,第二名……甚至第一名。


经历了6次以上的胜利后,曾经孱弱的豆豆已经所向披靡:它可以不再借助科学家的帮助,一直保持胜利。


胜利者豆豆的大脑在发生变化,是什么令它开了挂? 


2017年7月14日,胡海岚研究组在《科学》杂志上,以长文(Research Article)形式发表文章(题为《胜负经历重塑丘脑到前额叶皮层环路以调节社会竞争优势》),从神经机制角度,解答了这个问题。


论文作者全部是女科学家 

右起:周亭亭博士、导师胡海岚教授、朱鸿博士和范郑晓博士  通讯员卢绍庆/摄


豆豆(老鼠B)逆袭视频:




前半段,没有神经刺激的时候,豆豆输掉领地争夺战,仓皇退出;后半段,被光刺激的脑部神经细胞后,豆豆一闪一闪地把原本比它强的A鼠给逼出领地。


前额叶皮层神经细胞被激活,排位垫底的小老鼠改变排行榜格局


和人类一样,老鼠和其他动物的世界里,都有稳定的等级制度存在。这种等级呈线性——一鼠压着一鼠;同时保持稳定。


胡海岚团队的研究者们以豆豆们(学名:C57小鼠)为模型,设计了一系列的实验:


实验一:钻管抢地盘,决出社会等级


科学家让两只小鼠在一个促狭的管子里相遇。处于领地占领意识,两头的小鼠都要往前冲。


在这个过程中,它们会在管子中部相互推挤。


最终:等级地位低的小鼠,会主动退出或者被等级地位高的小鼠推出管子。



豆豆(老鼠B)怂了


在两只小鼠在管子中竞争时,科学家正聚焦它们的前额叶皮层的神经细胞的动态活动。她们发现:当小鼠进行推挤或者抵抗住对方推挤的时候,大脑前额叶皮层的神经细胞的活动就会有显著的增加。 


额叶皮层(prefrontal cortex)所在区域 

图片来源:mybrainnotes.com


这个脑区有多重要?有研究发现:恋爱中的男女前额皮层会自动暂时关闭,使得他们对对方不再怀疑或持批评态度。


胡海岚实验室的小鼠正在提示科学家们:前额叶皮层神经细胞的电活动,可能控制着小鼠在社交对抗过程中的精神战斗力,从而改变了它们的社会等级排位。


实验二:激活前额叶皮层神经细胞,战斗力燃起


科学家做了一组对比实验,进一步验证以上的猜测:


A、用药理遗传学的方法抑制高等级小鼠前额叶皮层神经细胞的活动。结果发现:这些老鼠在社交对抗中变得更加消极:推挤更少,后退更多,最终还输给了原先低等级的小鼠。


B、接着,团队又尝试去激活这群神经细胞。


他们在小鼠前额叶皮层的神经元细胞中嵌入光敏感的蛋白基因,并将光纤植入到这群神经元上方。这样蓝色激光就可以通过光纤,激活这群神经元。




对原来等级地位第三的老鼠进行光激活后,它立马变得勇猛了


当她们打开蓝色激光器激活小鼠的前额叶皮层细胞时,戏剧性的一幕发生了:


原来等级低的老鼠在接受蓝光照射的时候,变得自信而英勇,发出了更多推挤,并且能够坚持更久,最终将原先等级低的小鼠推出了管子。



当前额叶皮层细胞被人物激活后,豆豆(老鼠B)逆袭了


连续赢6次,小鼠能够自主保持常胜


实验三:连续赢6次,产生赢的惯性


研究者们继续对这些小鼠的行为进行了仔细的分析,她们发现:如果重复地用蓝色激光刺激一只低等级的小鼠,帮它赢得竞争,当次数多于6次时,之后连续几天,这只低等级小鼠就可以不依赖光刺激,自行成功逆袭,一路杀到自己成为最高等级的小鼠,并且一直将战果维持下去。


重复的胜利经历,有可能对小鼠的大脑产生了长期的改变。


这种改变发生在哪里?是怎么样的改变?


研究者发现:重复的胜利,增加了丘脑到前额叶皮层这个环路的连接强度。


“有可能是形成环路的神经突触结构发生了整体的增多,也有可能是每一个神经突触都变强了。”胡海岚解释。


实验四:不断增加前额叶刺激,能把原来的霸主打翻


团队的又一组实验发现:


如果在重复的胜利之后,人为地削弱这个环路的连接强度,则会让“胜利者效应”消失;


更加让人震惊的是:研究者用高频的光照,直接诱导这个环路的连接长时程地不断增强,这让豆豆这样原本低等级的小鼠,能够在接下来连续几天,先后战胜等级越来越高的小鼠,直到实现真正的逆袭。


2015年,胡海岚教授应邀《细胞》杂志子刊《神经科学动态》杂志写综述,

当时的封面就是胡海岚实验室的主角:老鼠。

通讯员周炜/摄


实验五:胜利在各个领域转移开


有一个疑问是:钻管测试,只是豆豆在一种形式的竞争中取得胜利的场景,那么其他形式的竞争呢,被改造的豆豆,也更容易赢吗?


研究者又设计了一个非常有趣的实验:他们把同笼的四只老鼠放在一个冰冷的笼子里,而这个笼子里只有一个小小的只能容下一只老鼠的角落是温暖的。这四只老鼠就会去竞争这个温暖的栖息地。


研究者发现:如果通过照光的方式,让低等级的小鼠在钻管测试中重复地赢很多次,比如豆豆,它在温暖窝的竞争中的表现也有非常显著的提升。


这说明:在不同形式的竞争中,胜利的经历所带来的效果是可以相互转移的。


胡海岚表示:“这个系列的研究,从动物实验中验证并第一次阐释了‘强者更强’的神经科学原理。”


当然了,在人类身上,不太可能通过植入的方法,刺激脑细胞来叫人尝到胜果。有什么办法可以让弱者更有勇气和信心?


不妨学一学拳王泰森。


泰森曾经辉煌一时,但是后来锒铛入狱,昔日冠军虎落平阳。饱受摧残意志薄弱的他日后怎样夺回曾经的荣耀?


在泰森出狱后,他的经纪人非常巧妙地为他安排了两场比赛——对手的实力都远远弱于泰森。


不出所料,泰森赢得了这两场比赛。紧接着,泰森才战胜了强大的对手布鲁诺,再次获得金腰带,重新走上人生巅峰。


胡海岚团队证实了“胜利者效应”背后的神经学机制,表明它真的让大脑发生了长久持续的改变,而并不光光是自我安慰而已。


“通过在相对简单的比赛中获得成功经历,将有助于重塑相关的脑环路(通俗所说的增强自信心),从而提高在更困难比赛中获胜的可能。”胡海岚说,“归功于大脑的可塑性,先天的弱势也有可能被逆转。”


胡海岚和学生们的约定:发一篇文章,开一瓶香槟!通讯员周炜/摄


来源:浙江大学 


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