性經驗如何改變大腦內部狀態？中國神經科學家研究獲重要進展

本能社會行為尤其是性行為是個體生存和繁衍的基礎。那麼，性經驗是如何引起大腦內部狀態改變並影響本能行為抉擇的？驅動兩性性飽足的關鍵因素又是什麼？

近日，《科學》發表了北京腦科學與類腦研究中心研究員李瑩團隊的最新進展。經過3年研究，該團隊發現射精是驅動兩性性飽足狀態的關鍵事件，並首次在小鼠大腦邊緣系統的終紋牀核（BNST）中發現可以持續編碼過往性經驗的神經環路，闡明瞭性經驗如何影響兩性動物的交配動機。

李瑩告訴《中國科學報》，這項研究可以幫助人們理解社會經驗在大腦中持久表徵的神經機制，以及這種表徵如何長期影響動物行為。

動物行為與神經元活動

大腦是身體最複雜的器官，它能夠將各種感覺信息轉換為不同的神經信號，進而調控運動。這種感覺-運動轉換與個體的內部狀態密切相關，並受過往經驗調節。而社會經驗，尤其是性經驗，可以引起社會行為相關神經迴路的長期變化，並影響交配、打鬥和照顧幼崽等本能行為。

在小鼠中，雄性和雌性成功交配後通常會失去交配興趣，達到性飽足狀態，而這種內部狀態的改變不僅可以避免尋找新伴侶面臨的風險和精力的浪費，對提高子代繁殖率也至關重要。然而關於兩性大腦中是否存在特異的神經環路編碼性飽足狀態，以及該編碼如何長期影響個體行為抉擇尚不清楚。

“齧齒類小鼠與人都是哺乳動物，具有一定的生物相似性。我們以交配行為為例，希望研究清楚社會經驗是如何導致大腦內在狀態發生長期改變的。這對了解人類社會行為的神經基礎具有重要意義。”論文共同第一作者、北京腦科學與類腦研究中心和北京大學聯合培養博士生李昂告訴記者。

通過對照實驗，研究人員首先發現射精是驅動兩性性飽足狀態的關鍵事件，該事件可以選擇性激活BNST中表達Esr2的神經元（BNSTEsr2神經元）。

通過在自由運動的小鼠中進行鈣成像，研究人員發現，相比於該區域其他類型的神經元，BNSTEsr2神經元在雄性動物射精及雌性動物感受到射精時，均特異性地被強烈激活，而在交配的其他階段沒有明顯反應。

有趣的是，射精結束後，雌雄小鼠中約有一半的BNSTEsr2神經元仍保持15至30分鐘較長時間的自發活動增強。這提示此類神經元可能持續編碼成功交配後動物內部狀態的改變。

李昂告訴記者，微小顯微鏡鈣成像技術是研究動物行為與神經元活動關係的前沿方法。在小鼠腦部植入透鏡並通過微小顯微鏡成像後，可以清晰地看到每個神經元的活動狀態。“此外，我們通過實驗室創新技術，克服了以往微小顯微鏡手術成功率很低的問題，極大提高了實驗效率。”

全新的研究視角

為了進一步研究BNSTEsr2神經元是否持續編碼個體性飽足狀態，研究人員對兩性小鼠的BNSTEsr2神經元鈣活動進行了長時程追蹤，全面比較了雌雄鼠在成功交配不同階段及交配動機恢復前後的自發活動情況。

他們發現，兩性小鼠僅在性飽足狀態下表現出更大幅度和更高頻率的自發鈣活動，這種活動在整個性飽足期可持續數天。

研究人員還發現，在達到性飽足的兩性小鼠中，利用化學遺傳學方法抑制BNSTEsr2神經元活動，能在30分鐘以內恢復其交配能力；而通過Caspase3選擇性殺掉雄性小鼠的BNSTEsr2神經元,小鼠會持續交配數天，即無法達到性飽足狀態。相反，在嗅探階段而不是交配開始以後激活BNSTEsr2神經元，可以抑制正常雄性小鼠交配起始。這些發現進一步表明BNSTEsr2神經元在抑制交配動機而不是交配動作方面發揮了重要作用。

為了解BNSTEsr2神經元活動持續變化的機制，研究人員使用全細胞膜片鉗方法，分別在無性經驗、性飽足和交配能力恢復的兩性小鼠中，記錄了BNSTEsr2神經元的電生理特性。實驗發現，與無性經驗和交配能力恢復的小鼠相比，處於性飽足狀態小鼠的更多BNSTEsr2神經元表現出更高興奮性。

進一步研究發現，處於性飽足狀態下的雄性小鼠BNSTEsr2神經元會表達更多環狀核苷酸門控通道（HCN），而該現象在雌性小鼠中並不顯著。使用CRISPR/Cas9技術在BNSTEsr2神經元選擇性敲除Hcn1基因，雄性小鼠表現出明顯的性飽足狀態缺失。

李瑩説，這項研究涵蓋了神經科學領域的許多前沿技術，在揭示性經驗如何引起大腦內部狀態改變這一重要科學問題方面取得了重要突破，也為人們瞭解性經驗如何引起大腦持久改變提供了一個全新角度。

但李瑩也表示，不同社會經驗還會引起其他本能社會行為的長期改變，如母性行為、打鬥行為等，“這些改變在雌雄鼠中很不一樣，目前還不清楚這背後的神經機制是什麼”。

（作者：田瑞穎）