一项由加州理工大学神经科学家和HHMI研究院Dr. David J. Anderson团队通过Inscopix自由活动钙成像显微镜成像BNST神经元,发现了通过塑造下丘脑中的性别和行为特异性神经表征,控制雄性社会行为从欲望阶段向完善阶段的转变。这项研究成果于2022年8月3日发表在Nature上,题为“Transformations of neural representations in a social behaviour network”。
交配和攻击是天生的社会行为,由延伸的杏仁核和下丘脑的皮层下回路控制。终纹床核(BNSTpr)是一个节点,接收来自内侧杏仁核的编码性别特异性嗅觉线索的输入,然后投射到控制交配(内侧视前区(MPOA))和攻击(下丘脑腹内侧部腹外侧亚区(VMHvl))的下丘脑核。
图1 在性经验丰富的雄性小鼠中,BNSTprEsr1神经元对于从欲望到完善的社会行为的转变是必需的。
先前的研究表明,雄性芳香化酶阳性的BNSTpr神经元是攀爬和攻击所必需的,并且可以根据其整体活动水平识别同种性别。然而,BNSTpr中的神经表征及其在下丘脑中的功能和转化尚未被表征。
在这里,研究人员在社交行为期间使用Inscopix自由活动钙成像显微镜对雄性小鼠的BNSTprEsr1神经元进行了钙成像。在BNSTpr中发现了不同的雌性神经元与雄性神经元,前者的数量约为后者的2:1,与内侧杏仁核和MPOA相似,但与VMHvl相反,在VMHvl中雄性神经元占主导地位。
图2 BNSTprEsr1神经元通过细胞编码表示侵入者的性别
对自由行为的动物使用Inscopix自由活动钙成像显微镜成像MPOAEsr1或VMHvlEsr1神经元时,使用化学遗传方法抑制BNSTprEsr1神经元的活动,出乎意料的是,VMHvl中的雄性主导的性别调节偏向倒向了雌性主导,而MPOA中交配期间从嗅闻到攀爬选择的神经元的转换被减弱。
图3 在VMHvl中,雄性偏向入侵者的性别表征需要BNSTpr。
成像获得的神经元活动数据还表明,BNSTprEsr1神经元对于同种性别识别不是必需的。相反,它们通过塑造下丘脑中的性别和行为特异性神经表征,控制雄性社会行为从欲望阶段向完善阶段的转变。
图4 通过识别单细胞的序列成像显示,BNSTpr沉默对VMHvl和MPOA性别表征的差异效应。
图5 成像显示BNSTpr沉默对MPOA和VMHvl行为表征的差异效应
功能干预和观察性研究常常产生不同的脑功能观点。这项结果表明,Inscopix自由活动钙成像显微镜可以与自由移动动物的神经活动操作相结合,以识别回路水平和行为表型的联系。这种结合的方法允许观测数据和微扰数据的集成,以显示信息在回路中流动时发生的神经表征转换,以及这种转换在行为控制中的潜在功能。未来的研究应该揭示这些重要转变背后的详细的细胞和突触机制。
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