在我們的生活中,競爭無所不在。是什么造就了社會博弈中的勝利者,這背后有著怎樣的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制和原理?眾所周之,影響社會競爭的輸和贏,既有內(nèi)在,也有外在的因素。內(nèi)在因素除了身體力量等先天物理因素,更多與個體的精神力量相關(guān):比如在競爭中的勇氣、信心和堅持不懈的持久耐力。而外在因素中很重要的一點是個體之前經(jīng)歷過的輸贏歷史。拳王泰森曾經(jīng)鋃鐺入獄,出獄后重新摘得拳王桂冠并非易事。他的經(jīng)紀(jì)人巧妙地為他安排了兩場與實力較弱對手的對抗賽。在贏得這兩場比賽之后不久,泰森就戰(zhàn)勝了實力強(qiáng)悍的對手,重新獲得拳王桂冠。泰森的經(jīng)紀(jì)人按排的戰(zhàn)略,利用的就是心理學(xué)中的“勝利者效應(yīng)”:先前的獲勝經(jīng)歷會使之后的勝利變得更加容易。然而“勝利者效應(yīng)”的神經(jīng)科學(xué)機(jī)制還罕為人知。
2017年7月14日,浙江大學(xué)求是高等研究院系統(tǒng)神經(jīng)與認(rèn)知科學(xué)研究所和醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究中心的胡海嵐研究組在《科學(xué)》雜志以長文(Research Article)形式發(fā)表了題為《勝負(fù)經(jīng)歷重塑丘腦到前額葉皮層環(huán)路以調(diào)節(jié)社會競爭優(yōu)勢》的文章。該文章采用測試小鼠社會競爭的行為學(xué)范式:鉆管測試和熱源爭奪測試,并結(jié)合在體多通道電生理記錄,光遺傳學(xué)、藥理遺傳學(xué)調(diào)控,以及在體神經(jīng)可塑性記錄和光誘導(dǎo)突觸長時程性增強(qiáng)、減弱等前沿神經(jīng)生物學(xué)研究手段,闡明了前額葉皮層調(diào)控社會競爭中輸贏的機(jī)制,并發(fā)現(xiàn)中背側(cè)丘腦-前額葉皮層這一神經(jīng)環(huán)路介導(dǎo)“勝利者效應(yīng)”。
六年之前,胡海嵐研究組曾經(jīng)在《科學(xué)》雜志發(fā)表文章,提出鉆管測試這一行為范式可以體現(xiàn)小鼠的社會等級關(guān)系,并提示大腦內(nèi)側(cè)前額葉這一腦區(qū)的神經(jīng)活動可以調(diào)節(jié)小鼠在社會競爭中的地位(Wang et al., 2011)。在新的工作中,為了進(jìn)一步探究在社會競爭中輸贏決定的神經(jīng)科學(xué)機(jī)制,胡海嵐研究組的博士生周亭亭和朱鴻在小鼠進(jìn)行鉆管比試時對其前額葉皮層進(jìn)行了多通道的在體電生理記錄。通過對行為和和單細(xì)胞神經(jīng)活動的相關(guān)性分析,她們發(fā)現(xiàn)前額葉皮層的神經(jīng)元的活動在小鼠消極后退時沒有變化,但當(dāng)小鼠付出”努力“(推擠和抵抗)時有顯著增強(qiáng)。當(dāng)她們利用藥理遺傳學(xué)手段降低小暑前額葉皮層活動性時,觀察到小鼠在鉆管測試中的推擠行為顯著減少,并且降低了等級地位。反之,利用光遺傳學(xué)的方法(一種利用激光來瞬時、特異激活神經(jīng)元的手段)激活前額葉皮層使小鼠在鉆管測試中主動發(fā)出更多的推擠,使原先低等級小鼠戰(zhàn)勝原先高等級的對手,實現(xiàn)”逆襲“。
在使用光遺傳學(xué)激活小鼠前額皮層使之贏得鉆管測試的實驗中,她們觀察到后續(xù)不給光時,有些小鼠會維持升高的等級,而另外一些小鼠會恢復(fù)原先的等級。這一現(xiàn)象引起了她們的強(qiáng)烈興趣,通過仔細(xì)對比分析這兩類小鼠的輸贏經(jīng)歷,她們發(fā)現(xiàn)維持等級的小鼠先前有6次以上被光誘導(dǎo)而戰(zhàn)勝對手的經(jīng)歷,而光照小于5次的小鼠大部分都恢復(fù)了原先的等級。這種先前勝負(fù)經(jīng)歷影響后續(xù)比賽輸贏的現(xiàn)象恰恰體現(xiàn)了心理學(xué)中的“勝利者效應(yīng)”。
為了進(jìn)一步探索“勝利者效應(yīng)”的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制,周亭亭等巧妙地結(jié)合光遺傳學(xué)的方法記錄了從中縫背側(cè)丘腦投射往前額葉皮層的神經(jīng)環(huán)路在重復(fù)勝利經(jīng)歷前后的變化,發(fā)現(xiàn)重復(fù)的勝利經(jīng)歷顯著地增強(qiáng)了該神經(jīng)環(huán)路的突觸(神經(jīng)細(xì)胞間傳遞信息的關(guān)鍵結(jié)構(gòu))連接的強(qiáng)度。之后她們又利用光遺傳學(xué)人為誘導(dǎo)造成這個環(huán)路上長時程的突觸增強(qiáng)(LTP),發(fā)現(xiàn)這種突觸連接的增強(qiáng)足以長時間提升小鼠的等級地位。反之,誘導(dǎo)長時程突觸連接的減弱(LTD)使勝利者效應(yīng)完全消失。這一系列實驗充分必要地證明了成功經(jīng)歷會重塑中縫背側(cè)丘腦到前額葉皮層的突觸連接強(qiáng)度,從而影響后續(xù)競爭中的表現(xiàn)。
為了觀察競爭優(yōu)勢是否能夠遷移到不同的行為范式中,胡海嵐課題組的研究生范鄭曉又建立了新的測試等級的行為學(xué)范式--熱源爭奪測試:同籠四只小鼠在寒冷環(huán)境中會去爭奪溫暖的窩。有意思的是,在鉆管測試中獲得重復(fù)勝利經(jīng)歷的小鼠,在熱源爭奪中也會更容易獲勝。這一結(jié)果首次說明”勝利者效應(yīng)“可以從一種行為學(xué)范式遷移到其他的行為中。
這項研究結(jié)合了行為學(xué)、電生理、光遺傳等多層次手段,首次確定了前額葉皮層對社會競爭的動態(tài)控制,第一次發(fā)現(xiàn)了哺乳動物大腦中“勝利者效應(yīng)”的神經(jīng)環(huán)路,并且發(fā)現(xiàn)了”勝利者效應(yīng)“在不同行為學(xué)范式中的遷移效應(yīng)。由于社會競爭造成的社會地位與健康狀況息息相關(guān),這為研究社會行為相關(guān)的疾病提供了治療思路,并且為在競賽中提高選手成績的行為訓(xùn)練策略提供了理論依據(jù)。
該課題由博士生周亭亭,朱鴻和范鄭曉等在胡海嵐教授的指導(dǎo)下共同完成。其他的合作者包括中科院神經(jīng)所的王征研究員,中科院深圳先進(jìn)研究院的詹陽研究員和華師大的林龍年教授等。課題受浙江大學(xué)985基金、科技部973項目,中國科學(xué)院先導(dǎo)計劃B,神經(jīng)科學(xué)國家重點實驗室、國家杰出青年基金等資助。


文章作者范鄭曉、朱鴻、胡海嵐、周亭亭
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