脑机启侦 | 解码大脑中隐藏的攻击性信号（10.29）

神经科学家David J. Anderson实验室在《自然》杂志上发表了两篇论文，在《细胞》杂志上发表了一篇论文，这三篇论文共同揭示了关于内在情绪状态背后的神经信号的新见解。研究表明，雄性小鼠的攻击性状态和雌性小鼠的唤起状态均由大脑中一种共同的信号编码。

研究介绍

线性吸引子是由脑细胞之间的连接产生的一种特定活动模式，其形状类似于山谷。在显示神经元之间随时间变化的能量流动的图中，线性吸引子系统中的能量倾向于沿着山谷流动，就像球滚入凹槽一样。一旦神经能量到达谷底，它就会留在那里并沿着一条线流动，就像河流沿着山谷底部移动一样。

在线性吸引子编码的攻击性信号中，神经能量沿着线流动得越远，动物的攻击性状态就越升级。战斗结束后，神经能量需要一段时间才能从山谷中流出。研究人员推测，这种逐渐衰减可能与人们非常烦躁或生气时需要冷静下来所需的时间相对应。

Nair表示，这一发现出乎意料，因为虽然之前在大脑皮层和海马体中观察到了线性吸引子，但许多人认为下丘脑不会具有这种类型的信号。于是Nair认为，接下来的挑战是“真正测试我们的理论，看看这种信号是否确实是我们直接观察到的大脑网络的特性，了解维持这一网络的机制，研究出这是否是攻击性的独特特征，还是大脑表示情绪状态的共同特征。”

研究方法

为了回答这个问题，博士后学者Amit Vinograd和Nair进行了一项技术上具有挑战性的“记录并回放”类型的实验，旨在测试通过在鼠脑中重新激活正确的细胞，是否可以在实验室环境中再现神经信号。

这要求研究人员在小鼠处于攻击状态时，使用复杂的技术实时观察下丘脑中的神经活动，确定哪些神经元对攻击性线性吸引子有贡献，然后重新刺激这些特定神经元，以观察是否可以再现线性吸引子。

换句话说，如果外部刺激使神经能量流入山谷，那么直接刺激观察到的神经元是否也会使系统进入相同的山谷？如果是这样，就意味着线性吸引子可以由观察到的神经元局部产生，而不是从其他大脑区域被动“继承”的。

Vinograd说：“我们观察到了我们称之为‘递归连接’的现象，这意味着构成线性吸引子的特定细胞群是相互连接的，这种互连使它们能够整合信息，由于细胞相互放大，连接的强度会增加。”这种放大产生了能量流入线性吸引子形状的趋势。这项研究标志着在哺乳动物大脑中直接实验证明线性吸引子动力学的首次出现——这是本来仅存在于理论中的东西。

基于实验室先前的研究，研究人员假设，攻击性信号比其他大脑信号持续的时间更长，它利用包括神经肽在内的慢作用化学信使在神经回路中实现。虽然许多神经信号是通过更常见且作用快速的化学信使谷氨酸来实现的，但像催产素和血管升压素这样的神经肽可以在大脑中产生更持久且影响更广泛的神经回路活动。

研究未来

为了探索这些神经肽在实施攻击性信号中的作用，芒图法里斯发明了一种名为“CRISPRoscopy”的新技术，该技术将基因编辑技术CRISPR与单细胞钙成像方法相结合，以记录大脑活动。利用该技术，研究人员破坏了特定神经元检测催产素和血管升压素的能力。然后，他们观察了这种基因破坏对动物社会行为和大脑活动的影响。

Mountoufaris说：“虽然攻击性并未完全消除，但动物表现出的攻击性降低，争斗也不那么激烈了。没有催产素和血管升压素的信号，小鼠就无法维持加剧攻击所需的愤怒状态。单个神经元水平的神经反应持续性显著降低，群体水平的活动也完全受损。”

这些研究结果表明，没有神经肽信号，线性吸引子就无法形成，这表明催产素和血管升压素在实施攻击性信号中发挥着关键作用。Mountoufaris说，这一结果令人惊讶且意义重大，因为大多数先前的理论研究都否定了这种慢作用化学信使在生成线性吸引子中的作用。

新闻来源：Nature Communications