脑机启侦|大脑根据种群密度在“投资后代”与“减少竞争”间抉择

在哺乳动物中，父性抚育极为罕见，而其产生的神经机制也尚未得到充分理解。

2月18日，普林斯顿大学Catherine Jensen Peña团队在Nature在线发表题为“Agouti integrates environmental cues to regulate paternal behaviour”的研究论文，该研究利用了非洲条纹鼠（Rhabdomys pumilio）自然的父性抚育行为，并结合了全脑cFos映射、单核细胞RNA测序、病毒介导的基因干扰以及环境调控等方法，来剖析父性养育行为自然差异的神经基础。该研究发现，社会环境条件会驱动父性异亲养育行为的个体差异，即断奶后的社会隔离会增加父性抚育行为，而较高密度群体中的社会生活则会增加杀幼崽行为。这种养育行为的自然差异与下丘脑内侧视前区的神经活动以及大脑各区域相关活动的变化相符合。

在下丘脑内侧视前区内，群体饲养会增加Agouti（Agouti是一种神经肽，在哺乳动物中负责调节黑色素合成，其基因表达与毛色相关）在神经元中的表达，该表达与养育行为呈负相关，而 Agouti 的过度表达会减少养育行为并增加杀幼崽行为，且在原本不耐受的鼠类中会降低养育行为并增强杀幼崽行为。自然的干预措施进一步表明，Agouti 能够整合长期的饲养条件，而非食物供应或饥饿状况。总之，该研究结果表明，父性抚育的照料行为存在差异，这反映了与环境相关的对保守的下丘脑和黑皮质素信号传导机制的调节作用，而非取决于父性是否具备照料能力这一因素。

2025年10月22日，英国弗朗西斯克里克研究所Johannes Kohl团队在Nature在线发表题为“Integration of hunger and hormonal state gates infant-directed aggression”的研究论文，该研究报告了饥饿和发情状态如何汇聚在内侧视前区（MPOA）的神经元上，以塑造婴儿导向的行为。

2023年10月6日，英国弗朗西斯克里克研究所Johannes Kohl团队在Science在线发表题为“Hormone-mediated neural remodeling orchestrates parenting onset during pregnancy”的研究论文，该研究发现雌二醇和黄体酮对小鼠内侧视前区（MPOA）中表达甘丙肽（Gal）的神经元的作用对妊娠诱导的亲代行为至关重要。雌二醇使MPOAGal神经元沉默，反而增加了它们的兴奋性，而黄体酮通过促进树突棘的形成和兴奋性突触输入的募集，永久性地重新连接了这个回路节点。因此，怀孕激素在预期未来的行为需求时重塑了养育回路。

积极的亲代照料对于未独立生活的幼崽的生存和发育至关重要，母性照料为所有哺乳动物的照料行为奠定了进化基础。在所有哺乳动物物种中，母亲会提供诸如营养、体温调节和保护等关键资源。在一小部分哺乳动物（包括人类在内）中，父亲也会参与幼崽的照料，这可能会带来独特的发育和进化优势。尽管支撑母性照料的神经回路已得到广泛研究，并在哺乳动物中普遍存在，但我们对于导致雄性自然出现积极照料行为的因果神经生物学和分子机制的理解仍处于起步阶段。

对哺乳期母鼠、标准实验小鼠（Mus musculus）和大鼠（Rattus norvegicus）中已知具有重要意义的神经内分泌和肽类通路的研究，以及对白足鼠和田鼠物种的遗传变异的研究，为雄性的大脑研究提供了重要见解。众所周知，母性照顾是由下丘脑内侧视前区（medial preoptic area of the hypothalamus ，MPOA）介导的，这一脑区在怀孕期间会经历动态的激素和表观遗传重塑。这种重塑会重塑神经回路，抑制幼崽指向的攻击行为，同时促进接近行为，并通过下游奖励系统来强化照顾行为。相比之下，未经历性接触的雄性小鼠和大鼠在野外通常会进行幼崽杀戮行为，但在交配后，它们会暂时减少这种杀戮行为，并在数周内表现出父性行为。

非洲条纹鼠的异亲代照料行为（图源Nature）

未经历性接触的实验小鼠和大鼠也可以通过长时间接触幼崽而被诱导表现出父性行为。在易感的雄性个体中，MPOA也被确认为一个关键枢纽，它整合了上游的嗅觉输入，并激活了下游的奖赏通路，这表明负责照顾行为的基本神经回路存在于雄性体内，但在正常情况下处于不活跃状态。然而，毫无疑问，不同物种在性经历前自然表现出的照顾行为方面存在神经生物学上的差异，例如在合作繁殖的田鼠的研究中就有所体现。这些研究不仅为我们揭示了如何激发父性行为提供了见解，同时也强调了需要新的啮齿动物模型来理解自然发生于雄性身上的照顾行为的神经生物学基础，尤其是在同一物种内部。

非洲条纹鼠（R. pumilio）是研究父性抚育行为神经生物学的理想模型。与传统的实验室啮齿动物不同，未经历过性成熟过程的非洲条纹鼠（以下简称为“条纹鼠”）在野外和实验室环境中都会表现出父性和异亲父母的双重行为，非遗传的照料者（异亲父母）会主动为年幼的兄弟姐妹甚至无关的婴儿提供照料。条纹鼠能在各种各样的社会环境中茁壮成长，从群居生活到原地繁殖、领地繁殖和独自行走都有涉及。当雄性条纹鼠离开出生巢穴后，它们会根据环境压力（如人口密度和资源可用性）采取各种不同的社会策略，比如独自游荡和组建单身群体（包括亲属和非亲属）。这种生态适应性也延伸到了实验室环境中，在那里它们可以处于模拟这些社会策略的条件下进行饲养。

值得注意的是，雄性条纹鼠无需以往的繁殖经历或敏化反应就能表现出养育行为，并且它们的养育行为表型在同种个体间存在自然的差异。这种单个物种内的显著差异（由遗传因素控制），为探究与经验相关的个体差异在父亲养育行为中的分子和神经生物学机制提供了独特的机会。在此，该研究以条纹鼠为模型，采用综合方法——包括全脑cFos表达图谱绘制、单核 RNA 测序（snRNA-seq）、脑部病毒介导的基因操作以及社会环境操作——为我们对自然发生的父系养育行为背后的神经机制提供了新的见解。

来源：i Nature

参考消息：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10123-4

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