双选择社会决策系统 | 小鼠会主动与同伴分享食物吗？《Nature Neuroscience》揭示背后的双向脑环路

一只小鼠面前有两个鼻触孔。

选择其中一个，它自己可以获得食物；选择另一个，它不仅能获得同样的食物，还能让隔壁的同伴也得到一份。

在自身收益完全相同的情况下，它会选择“独享”，还是“分享”？

更进一步，如果分享需要付出更多努力，或者自己已经吃饱，它还会不会继续让同伴获益？

这些问题看似简单，背后却指向社会神经科学中的一个核心难题：动物如何在自身利益和他者利益之间作出选择？社会关系、个体状态和大脑神经环路又如何共同参与这一过程？

2022年，Diego Scheggia及其团队在《Nature Neuroscience》发表研究，建立了一套小鼠双选择社会决策任务，并将行为学、光纤钙信号记录和化学遗传学操控结合起来，揭示了基底外侧杏仁核与前额叶之间的双向连接，在亲社会与自利选择中承担不同功能。

1论文和研究团队

论文题目为：Reciprocal cortico-amygdala connections regulate prosocial and selfish choices in mice

中文可译为：皮层—杏仁核的双向连接调控小鼠的亲社会与自利选择

论文上线截图

论文于2022年10月24日在线发表于《Nature Neuroscience》，DOI为：10.1038/s41593-022-01179-2。

论文第一作者兼通讯作者是Diego Scheggia。研究团队主要来自意大利技术研究院、米兰大学和热那亚大学。

整个研究的思路非常清晰：先建立一个能够量化“分享”与“独享”的行为任务，再寻找影响选择的社会因素，最后定位相关脑区及其投射通路。

2为什么要研究小鼠的“利他选择”？

社会生活中，很多决策都不仅影响自己，也会影响他人。

过去的动物研究已经发现，啮齿动物能够表现出救助受困同伴、避免伤害他者、安慰以及合作等复杂行为。但这些实验往往关注动物是否会提供帮助，较少直接研究它们如何在“只让自己获益”和“让双方共同获益”之间作出选择。

此外，即使动物表现出亲社会行为，也仍然存在几个没有解决的问题：

1.它是在真正关注同伴的收益，还是只形成了一个固定动作偏好？

2.熟悉程度、性别、饥饿状态和社会等级是否会改变这种选择？

3.大脑如何整合自己和同伴的收益信息？

4.前额叶与杏仁核之间的双向连接是否承担不同功能？

为回答这些问题，作者参考人类行为经济学中的“独裁者博弈”，开发了一套适用于小鼠的社会决策任务。

3让小鼠在“独享”和“分享”之间选择

实验装置由两个相邻空间组成。

“行动者”小鼠位于操作箱内，可以选择两个鼻触孔；“接受者”小鼠位于相邻隔间，是一个被动参与者。

SA238双选择社会决策系统，江苏赛昂斯

两个选项分别对应：自利选择：只有行动者获得食物；亲社会选择：行动者和接受者同时获得食物。

关键之处在于，无论选择哪一个鼻触孔，行动者获得的食物数量都相同。两种选择的差异仅在于同伴能否同时得到食物。

作者还设置了无接受者、用玩具替代接受者等对照条件。如果小鼠只是偏爱某个位置，或者受到食物投递声音的吸引，那么即使隔壁没有真正的同伴，它也应该保持原来的选择。

结果并非如此。

在同伴存在时，行动者整体上更倾向选择双方都能获得食物的选项；隔壁没有同伴时，小鼠对两个鼻触孔没有稳定偏好。将接受者换成玩具后，原有选择偏好也会下降。

这说明，小鼠的选择并不是简单的位置偏好，而是受到真实社会对象的影响。

不过，并非所有小鼠都会分享。研究中出现了明显的个体差异：多数小鼠形成亲社会偏好，另一些小鼠则稳定选择自利选项。雄性小鼠整体上更偏向亲社会选择，而雌性小鼠在群体水平上没有表现出一致方向。

在决策中，小鼠更倾向于利他性选择，而非自私性选择

4社会接触和同伴需求会改变选择

小鼠究竟通过什么信息判断同伴是否存在？

作者改变了两个隔间之间的分隔方式：金属网允许视觉、气味和直接社会接触；透明隔板保留视觉、听觉和嗅觉线索，但阻止身体接触；不透明隔板主要保留听觉和嗅觉线索。

允许直接接触时，亲社会选择最多。透明隔板下，小鼠仍能建立一定偏好，但亲社会倾向减弱；不透明隔板下，小鼠的选择更接近随机。

这表明视觉线索可以帮助小鼠识别社会情境，但直接的社会接触是形成亲社会偏好的重要因素。

接受者的需求状态同样重要。

当接受者处于饥饿状态时，行动者更愿意分享食物；当接受者已经吃饱，亲社会选择明显下降。换句话说，行动者似乎会利用同伴的觅食表现判断它是否需要食物。

亲社会小鼠还会花更多时间探索接受者。尤其值得注意的是，第一天的社会探索时间可以预测第五天的亲社会选择程度，说明小鼠最初对同伴的兴趣，可能影响后续选择偏好的形成。

在承受自身代价的条件下，小鼠仍会做出利他性决定

5当“分享”需要付出代价，小鼠还会继续吗？

在标准任务中，分享不会减少行动者自己的食物，因此严格来说，这是一种无额外成本的亲社会选择。

为了检验小鼠是否愿意为同伴付出代价，作者提高了亲社会选项所需的操作次数。

最初，两种选择都只需要鼻触一次。随后，亲社会选择需要鼻触2次、4次、6次甚至8次，而自利选择始终只需要一次。

结果显示，在需要额外鼻触两次时，雄性和雌性亲社会小鼠仍然倾向分享。随着代价继续升高，性别差异开始出现：雌性逐渐转向更容易获得食物的自利选项，而雄性在需要鼻触6次时仍保持亲社会倾向，直到需要8次时才明显转向自利选择。

作者随后进行了更加严格的奖励贬值实验。

他们先让行动者吃饱，降低食物对行动者的价值。在一些实验中，行动者作出亲社会选择后，只有接受者获得食物，行动者自己不再得到即时奖励。

即使如此，部分小鼠仍然会操作亲社会选项。亲社会小鼠通常在实验早期就为同伴提供食物；原本偏向自利的小鼠则多在自己逐渐吃饱之后，才开始把食物分配给同伴。

这些结果说明，小鼠的行为不能完全用自身食物收益来解释。不过，这仍然不等于人类道德意义上的无私，因为与同伴分享本身可能具有社会奖励价值。

6熟悉度和社会等级塑造亲社会偏好

亲社会行为并不会平等地指向所有同伴。

当接受者是共同生活的笼友时，小鼠更容易选择分享；面对陌生小鼠，行动者明显变得更加自利。在15只面对陌生接受者的行动者中，9只偏向自利，只有3只偏向亲社会，另外3只没有稳定偏好。

这说明小鼠的亲社会选择具有明确的关系依赖性。

当接受者为陌生个体时，小鼠会表现出更多的自私性选择

作者进一步利用管道测试评估笼内社会等级。在这一测试中，两只小鼠从透明管道两端进入，最终后退的一方被记为失败者。通过循环配对和David’s score，研究人员可以建立相对稳定的等级关系。

总体来看，处于优势地位的行动者更容易作出亲社会选择；许多自利小鼠的社会等级低于接受者，或者与接受者处在较为直接的等级竞争中。

不过，社会等级的影响并非简单的“等级越高越慷慨”。最高等级小鼠的亲社会选择较多，但最低等级小鼠也可能表现出类似倾向。真正重要的可能不是单独的绝对等级，而是行动者与接受者之间的相对地位、竞争压力和群体关系。

社会等级支配结构可调节对利他选择的偏好

7亲社会选择与情绪状态匹配有关

帮助他人的意愿，可能与个体感知他者情绪的能力有关。

为了研究这一点，作者采用观察性恐惧条件化实验。此前作为行动者的小鼠，可以隔着透明隔板观察接受者受到重复的轻微足部电击。

当小鼠观察同伴受到刺激时，自身出现的冻结行为可作为社会性恐惧传递的指标。

结果显示，亲社会小鼠的观察性冻结反应高于自利小鼠，而且观察性恐惧学习程度与社会优势地位存在相关性。两组小鼠探索同伴的时间相近，因此冻结差异并不能简单解释为观看时间不同。

这提示，对同伴情绪状态更敏感的小鼠，也更容易形成亲社会偏好。

但需要强调的是，这里首先是一种相关关系。实验说明亲社会选择、情绪状态匹配和社会等级彼此关联，却不能单凭这一结果断定“共情”直接导致了分享行为。

8基底外侧杏仁核是亲社会偏好形成的关键节点

在确认社会行为特征之后，研究转向神经机制。

作者首先检测了基底外侧杏仁核，即BLA中的c-Fos表达。c-Fos常被用作神经元近期活动的间接标志。

与没有接受者的小鼠相比，完成社会决策任务的小鼠BLA中出现了更多c-Fos阳性细胞，说明BLA参与了这一过程。

不过，脑区被激活并不代表它一定是行为发生的原因。为验证因果关系，作者使用hM4Di-DREADD化学遗传学技术，暂时抑制BLA中的兴奋性神经元。

对照小鼠仍然偏向亲社会选择；BLA受到抑制后，群体层面的亲社会偏好消失，更多小鼠转向自利选择。

重要的是，BLA抑制没有明显降低小鼠的总体反应次数，也没有造成运动障碍或普遍延长选择时间。这说明选择变化不能简单归因于小鼠“不想动”或者“不会做任务”。

BLA抑制还会降低观察性恐惧反应，并使部分小鼠的社会等级下降。由此，作者提出BLA可能是整合社会等级、情绪传递与奖励价值信息的重要节点。

BLA神经元沉默可消除对利他性选择的偏好

9BLA参与的是“选择学习”，而不只是执行动作

为了观察BLA活动如何随学习过程变化，作者向BLA注射表达GCaMP6f的病毒，并使用光纤记录技术监测群体钙信号。

实验发现，第一天进入任务时，亲社会小鼠和自利小鼠的BLA活动没有明显差异。

从第三天左右开始，也就是选择偏好逐步建立的学习阶段，亲社会小鼠在作出亲社会选择后表现出更强的BLA活动。相同差异没有稳定出现在自利选择之后。

当任务已经熟练掌握时，BLA活动模式再次发生变化。这意味着BLA信号并不是固定代表某一种动作，而是随着选择偏好的学习阶段动态改变。

作者随后只在学习期，也就是任务第2至第3天抑制BLA。短暂干预不仅减少了当时的亲社会选择，其影响还延续到停止给药后的几天，并在一周后的测试中仍然可以观察到。

这一步的意义在于，它将BLA的功能从“执行一次分享动作”推进到“建立稳定的亲社会偏好”。

BLA是学习利他选择所必需的

10同一条双向环路，两个方向承担不同功能

BLA与前额叶之间存在密切的双向连接。作者重点研究了前额叶前边缘皮层，即PL区域。

为了分别操控两个投射方向，研究人员结合逆行运输的CAV2-Cre病毒和Cre依赖性hM4Di，只抑制BLA投向PL的神经元，或只抑制PL投向BLA的神经元。

结果显示，两个方向的功能并不相同。

抑制 BLA→PL 投射后，小鼠难以建立稳定的亲社会偏好，选择偏好的学习速度也明显下降。其表现与抑制整个BLA较为相似。

相反，抑制 PL→BLA 投射后，小鼠的决策偏向自利选项。9只小鼠中有6只表现出自利偏好。

因此，作者提出了一个方向特异性的环路模型：BLA→PL通路主要参与亲社会偏好的学习和建立；PL→BLA通路主要调节自我利益动机，帮助控制自利选择。

这也是整篇论文最重要的机制发现：前额叶和杏仁核并不是作为一个整体笼统地“控制社会行为”，而是通过信息流动方向的不同，对亲社会与自利选择产生不同影响。

对BLA–PFC相互连接的化学遗传学沉默会对利他性选择产生不同的影

11这项研究使用了哪些实验方法？

这项研究的实验体系可以分为四个层次。

第一层是社会决策行为学。包括双选择操作任务、固定比率代价测试、饱腹诱导的奖励贬值、熟悉与陌生同伴比较、社会接触条件改变以及只有接受者获得奖励的任务。

第二层是社会关系与情绪行为评估。作者利用社会探索追踪、管道竞争测试和David’s score分析等级关系，并使用观察性恐惧条件化评估情绪状态匹配。

第三层是神经活动检测。研究通过c-Fos和GAD67免疫染色观察BLA细胞活动，并利用GCaMP6f光纤记录追踪选择前后及学习不同阶段的群体钙信号。

第四层是因果与环路操控。作者使用hM4Di-DREADD抑制整个BLA，再结合CAV2-Cre和Cre依赖性病毒，分别操控BLA→PL和PL→BLA投射。

由此，论文形成了一条较完整的证据链：从行为现象出发，找到相关脑区活动，再通过脑区抑制和投射特异性操控验证因果作用。

12论文的主要创新在哪里？

首先，研究建立了一个具有明确双选项的小鼠社会决策范式。行动者自身在两个选项中获得相同奖励，使研究者能够相对独立地考察“同伴是否获益”对选择的影响。

其次，作者没有仅凭标准任务就将行为定义为利他，而是继续增加操作成本、降低自身奖励价值，并设置接受者单独获益条件，从不同角度检验社会动机。

第三，研究同时考察了熟悉度、性别、饥饿状态、社会接触、等级关系和情绪状态匹配。这些因素单独解释行为时存在较大个体差异，但组合起来能够更好地区分亲社会和自利个体。

最后，论文将研究推进到方向特异性的神经通路水平，区分了BLA→PL和PL→BLA在偏好学习和自利动机中的不同作用。

涉及利他选择的脑回路及相关因素

13如何客观看待这项研究？

首先，“亲社会选择”不应被直接等同于人类道德意义上的利他主义。

在标准任务中，行动者作出亲社会选择时自己也会获得食物，并没有真正牺牲自身收益。虽然代价测试和接受者单独获益实验增强了利他解释，但分享可能带来的社会奖励、情绪缓解或群体关系收益仍然无法完全排除。

其次，部分关键神经环路实验主要在雄性小鼠中完成。考虑到论文已经发现明显的性别差异，这些环路结论能否完整推广到雌性小鼠，仍需进一步验证。

再次，光纤记录反映的是一群神经元的平均活动，无法区分BLA内部更加精细的细胞亚群；DREADD操控的时间分辨率也相对有限。

此外，社会等级、情绪匹配和亲社会选择之间存在复杂关系。BLA可能同时影响这些过程，但现有实验尚不能完全确定它们之间的因果先后顺序。

因此，这项研究更适合被理解为一个可操作的社会决策神经生物学模型，而不是对人类道德行为的直接解释。

这篇论文最重要的贡献，不只是发现“小鼠可能愿意分享食物”，而是将这种选择放进了一个可测量、可操控的实验体系中。

研究显示，小鼠是否让同伴获益，取决于对方是否熟悉、是否饥饿、双方能否直接接触、彼此处于怎样的社会等级，以及行动者对同伴情绪状态的敏感程度。

这些社会信息最终汇聚到以前额叶和基底外侧杏仁核为核心的神经网络中。其中，BLA→PL通路帮助建立亲社会偏好，PL→BLA通路则参与调节自我利益动机。

从行为选择，到社会关系，再到方向特异性的神经环路，这项研究提供了一套研究亲社会与自利决策的完整路径，也为理解社会决策受损相关的精神和神经发育性疾病提供了新的实验基础。

SA238 双选择社会决策系统

SA238双选择社会决策系统主要用于量化动物社会偏好、亲社会行为与决策动机的高端行为学仪器。采用双隔间设计，让实验动物在“仅自我获益”与“自我+同伴共同获益”之间做出选择，可客观测量利他、自私、公平感知、社会奖赏等高级社会行为。该系统配备高精度奖励模块，支持全自动训练与数据采集，数据稳定可重复，符合GLP规范。

该系统广泛应用于认知神经科学、精神病学、药物研发等领域，可构建自闭症、抑郁症、精神分裂症、药物成瘾等疾病模型，评估社会认知缺陷与神经环路机制。同时在药物筛选中，可快速评价精神类药物对社会决策功能的改善效果，为临床前研究提供标准化的评价方案，是社会行为与脑机制研究的重要仪器。

注：个人观点，仅供参考。