”给我一束光，我能当鼠老大” | 社会等级背后的神经环路

作者：张睿涵

审稿：范静萱，单浩哲

排版：范静萱，张睿涵，方睿

来源：驻波（公众号）

题图：拍信网

作者简介：

张睿涵，上海交通大学致远学院，生命科学方向2015级学生，目前在MIT Kay Tye组访问实习。

众所周知，社会生活是人类社会密不可分的一个部分。从原始部落到现代国家，从称兄道弟的小学捣蛋分队，到世界五百强企业，我们总是情不自禁地进行群体活动。

而社会等级又是群体生活不可避免的产物：从幼儿园“小班长”，到大公司CEO“马云爸爸” ，从被人欺负的宫女，到指点江山的皇帝，通过奋斗反抗强权压迫、提升社会地位，一直都是宫斗剧、职场剧亘古不变的主旨。

《甄嬛传》中的社会等级示意图

同样是人，为何差距如此之大呢？为何别人家的小孩，轻松刷完5年高考3年模拟，离开家乡去北京，而笔者却自主招生加了分还是考不上，拍微电影慨叹命运呢？是生而不公平，即基因遗传决定，还是受教育机会不同，即后天环境因素呢？如果是后天因素，那……那还有什么办法能实现逆袭吗？

生物学家们也一直在关注此事。考虑到养一只猴子成本约等于养两个博士后，养一群猴子嘛，极有可能会破产……大多数科学家还是选择了小鼠！

知识竞猜：神经生物学用的是小白鼠or小黑鼠？

小白鼠一般是患有白化病的黑鼠，因为性情温顺，价格较低而用于普通学生实验。但是，因为白化病的突变对神经系统有影响，神经科学家为保证研究的是非病理情况下的大脑，一般都用小黑鼠。

知识竞猜：请问小鼠长大了会变成大鼠吗？

不会，小鼠（Mus musculus）和大鼠（Rattus rattus）是不同的物种，大鼠甚至会吃小鼠。

鼠中的大佬？

社会等级的定义

和人一样，老鼠也分三六九等——高富帅老鼠和屌丝老鼠。生物学家是怎么判断孰强孰弱的呢？

哥伦比亚大学的James Curley教授对此深有研究：他将12只老鼠饲养在三层的豪宅中，每天和学生们一起观察老鼠打架，追逐，互相梳毛，以及互相闻屁股或脸的情况[1]。他发现地位高的老鼠之“强”体现在各个方面：打架中获胜，发起追逐，挑衅地去闻别的小鼠的脸，等等。

而且，他观察到老鼠的等级具有”可传递性”，意思是A比B强，B比C强，A一定比C强[1,2]。唉，不禁心疼12只老鼠的老末一秒钟。

令人感到世态炎凉的不仅如此，鼠老大们有时会把小的们的胡须强行拔掉[4]。而老鼠其实非常依赖胡须“感知世界”，人类语言中的“把你修理一番”，用在此处是再适合不过的。

他还进行社交网络分析[3]，发现等级越高的老鼠越能社交，意思是老大每天和大家都有所接触，而最弱的老鼠只有狭小的社交圈[1]。啊，这不是川普推特粉丝成千上万，而我们每天窝在家里肥宅快乐，默默地刷大佬票圈博客的真实写照吗？

社会等级

行为学体现

地位高的老鼠会给地位低的小鼠的过量梳毛，

优先抢到食物，用尿液标记领地，较少参加劳动，优先求偶，追逐殴打别鼠等 [16]。

其实小的们也不是完全心服口服的，有的可能只是在忍气吞声，等待时机。有些鼠深得明朝某些人的真传：当皇帝鼠被拐走之后，30分钟之内就陷入群雄纷争，军阀混战的状态[5]。当原来的皇帝再次被放回笼子，他很可能已经大势已去，风光不再了。（详情请参考还没有开始撰写的《鼠朝那些事儿》）

进阶之路：

为什么要努力提高社会等级

当然，如果只是这些，与我们安分守己，平时与世无争的广大群众其实关系并没有很大。不过……这句话戳中了痛处，“书中自有颜如玉”，意思是好好读书，变成成功人士了才能迎娶白（富）美。残酷的事实和进化的真相表明这句话在老鼠中也成立。

研究表明，雌性老鼠更喜欢厉害的雄老鼠，甚至比起老末的尿液，更喜欢厉害雄老鼠的尿！研究表明，这很可能是因为厉害的雄老鼠的尿液中MUP（major urine protein）的含量不同导致的，雌性的嗅觉系统中有MUP的受体，可以闻出不同的味道。文献表明雌鼠更青睐MUP含量高的尿，即来自厉害雄鼠的尿液[7]。

爱情是双方的事，优秀的雄老鼠，也拥有优先择偶的权利[8,9,10,11]。老鼠的求偶是通过超声波交流进行的[12]。当几只雄老鼠一起面对一只雌老鼠时，地位高的老鼠会发出超声波信号，并抑制其他老鼠发出求偶信号，而达到获得女神芳心的目的[13]。此刻，请自行脑补继承者们中李敏镐和男二同时面对女主朴信惠的场景：

韩剧《继承者们》第六集 

女主转学第一天，恰遇男主和男二针锋相对的场景

mPFC：

让屌丝逆袭的神奇脑区？

说了那么多，究竟是哪个脑区储存着社会等级的信息呢？是不是人为激活它，老鼠就能自信满满，走上人生巅峰呢？

在这个领域作出突破性贡献之一的科学家是，来自浙江大学的胡海岚教授！由于之前灵长类动物实验的种种端倪，将控制社会等级的关键脑区，指向中前额叶皮层（medial prefrontal cortex，mPFC，笔者：大约就是你拍一下脑门那个位置）[14]，胡老师课题组也将目光聚焦于mPFC。

浙江大学胡海岚教授

漂亮有气质，聪明还勤奋

杰出的神经科学家，笔者的偶像

为了能准确定量的检测每一对老鼠之间的社会等级，胡老师实验室也采用了一种非常巧妙的行为范式 ，即经典的钻管实验（tube test）：让两只老鼠在一个很窄的透明管中间狭路相逢，社会等级较高的那只会把对方推出管子[2]。

钻管实验的由来

笔者画的钻管实验示意图

胡老师在动物房时，注意到用于测试不同品系老鼠强弱的钻管实验。一句话概括其原理，即是“狭路相逢勇者胜”。能把对手挤出去的老鼠品系，被认为是更厉害的品系。

胡老师创新性地，将此应用在同一品系，乃至同一笼的老鼠中。她发现，钻管实验结果的重复性非常强，且与其他社会等级的测量方法结果吻合（比如拔胡须，尿液圈地，超声波求偶）。说明该方法能快速准确地表征社会关系。

本来需要可爱细心的本科生小女孩们，持续观察几小时才能观察到出来的结果，现在几分钟就能准确得到。钻管实验极大地推动了社会等级的研究！笔者作为每天花几小时观察小鼠的（可爱的？）本科小女孩，向解放劳动力的胡老师致敬！

他们首先用病毒增强 mPFC 内部所有突触连接，发现老鼠能赢得钻管实验，减弱突触连接会导致输掉钻管实验。这项成果发表在《科学》杂志上[15]！

接着，他们又采用光遗传的方法，即用激光控制一群神经元的激活，发现mPFC被激活的老鼠，瞬间英勇地去推强大的对手，并最终获得了胜利！成果又发表在了《科学》杂志上[2]！

平时，等级高的小鼠把等级低的小鼠推出玻璃管

光遗传激活mPFC时，

等级低的小鼠努力把等级高的小鼠推出玻璃管

啊，这是庶民的胜利！等等，难道不是因为老鼠力量大才能称王的吗？为什么只在大脑上做一些微小的改动，就能实现屌丝逆袭呢？别急，胡老师等也做了对照实验，他们用弹簧测力计测量老鼠的力量，并没有发现推力的差异。说明，重要的可能还是心态问题，即从精神上藐视敌人，才能战胜对手！

常胜将军鼠与佛系鼠：

胜利者效应的神经机制

这篇文章的另一发现是胜利者效应。作者们发现，不仅在给光的时候老鼠能“逆袭”，有的老鼠在实验第二天，没有光的帮助也能继续赢！观察细致的本文一作亭亭师姐和同事们，进一步发现：当天赢的次数多的老鼠会更容易在第二天维持，即胜利者效应[2]。

经过更多的实验，他们发现是由中背部丘脑到mPFC的神经投射的强度影响的。我们的丘脑主要接受处理多种感官传来的信息。所以这个结论可以理解为：常胜将军鼠，看到一件事（体现为丘脑活跃）就觉得自己能行，积极面对（体现为mPFC活跃）；而长期失败的小鼠，对外界的刺激（丘脑活跃），无动于衷（mPFC不活跃）。

更有意思的是：当研究人员人为增强／减弱这条通路的强度，老鼠也相应地积极面对鼠生／褪去赢者光环，化身佛系鼠，证明这条通路确实介导了胜利者效应[2]！

笔者PS的光遗传激活mPFC示意图

总结与展望：

有科学依据的“成功学方法”

嗯，我失败是因为我大脑不活跃，上帝请给我一束光，激活一下吧。当然以目前的技术水平，在人上做此类实验可行性和安全性，尚未可知。那，我们还是从现实的角度寻找一些“成功学方法”吧！

我们有幸采访到在《科学》杂志上发表上述重要研究成果，曾经在胡海岚老师实验室的周亭亭师姐。她说：获胜者效应给我们的启发是：重复胜利之后，动物会更容易收获更大的胜利。所以在平时生活中，大家适当找一些简单的小目标，并成功完成，会很有帮助，比如考试前打容易通关的电子游戏（？？）。在科研领域也是这样，刚开始做小实验，收获一个又一个小成功，不断积累自信，更容易获得最后的大成功！

我们大学生压力山大，请问师姐，经常去幼儿园门口找一下自信，是不是会有利于身心健康？

台下同学

小编

女神的实验室：

胡海岚老师与学生们的日常

除了我们这篇文章讲的社会等级，胡老师的实验室，在抑郁症和正常情感环路方面，也有很多非常精彩的研究。作为社会行为学方面的大佬，胡老师在学生培养方面，有什么自己的独到之处吗？

从胡老师组优秀的毕业生，周亭亭师姐那里我们得知有趣的一点：女神经营实验室的准则，恰恰是在研究老鼠社会等级中得出的结论之一，那就是从基本的项目进阶，一点点为学生们培养信心，让他们以后能担起重任。这正如实验中对小鼠mPFC的反复光刺激，能提高它们的能动性，最终战胜对手一样。

并且，胡老师组里任何学生，包括本科生，都能和胡老师有直接的一对一接触。大到项目的蓝图，外出演讲的ppt，小到实验过程中的技术细节，胡老师都亲力亲为的答疑解惑！

另一点很让笔者惊讶的是，胡老师组针对每个项目的小组会，都是以午餐会的形式进行的。午餐会没有很正式的演讲和评论，而是大家一起说出困扰，或是分享有趣的发现。胡老师的培养模式让人羡慕！

1. Williamson, C. M., Lee, W. & Curley, J. P. Temporal dynamics of social hierarchy formation and maintenance in male mice. Animal Behaviour 115, 259–272 (2016).

2. Zhou, T. et al. History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance. Science 357, 162–168 (2017).

3. Williamson, C. M., Franks, B. & Curley, J. P. Mouse Social Network Dynamics and Community Structure are Associated with Plasticity-Related Brain Gene Expression. Front. Behav. Neurosci. 10, (2016).

4. Clark, L. H. & Schein, M. W. Activities associated with conflict behaviour in mice. Animal Behaviour 14, 44–49 (1966).

5. Williamson, C. M., Klein, I. S., Lee, W. & Curley, J. P. Immediate early gene activation throughout the brain is associated with dynamic changes in social context. bioRxiv 275495 (2018). doi:10.1101/275495

6. Wang, F., Kessels, H. W. & Hu, H. The mouse that roared: neural mechanisms of social hierarchy. Trends in Neurosciences 37, 674–682 (2014).

7. Kaur, A. W. et al. Murine Pheromone Proteins Constitute a Context-Dependent Combinatorial Code Governing Multiple Social Behaviors. Cell 157, 676–688 (2014).

8. Garratt M, Stockley P, Armstrong SD, Beynon RJ, Hurst JL. 2011 The scent of senescence: sexual signalling and female preference in house mice. J. Evol. Biol. 24, 2398– 2409. (doi:10.1111/j.1420- 9101.2011.02367.x)

9. Jones RB, Nowell NW. 1974 A comparison of the aversive and female attractant properties of urine from dominant and subordinate male mice. Anim. Learn. Behav. 2, 141–144. (doi:10.3758/BF03199141)

10.   Drickamer LC. 1992 Oestrous female house mice discriminate dominant from subordinate males and sons of dominant from sons of subordinate males by odour cues. Anim. Behav. 43, 868– 870. (doi:10. 1016/S0003-3472(05)80212-X)

11. Lee, W., Khan, A. & Curley, J. P. Major urinary protein levels are associated with social status and context in mouse social hierarchies. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 284, 20171570 (2017).12.Chabout, J., Sarkar, A., Dunson, D. B. & Jarvis, E. D. Male mice song syntax depends on social contexts and influences female preferences. Front. Behav. Neurosci. 9, (2015).

13. Seagraves, K. M., Arthur, B. J. & Egnor, S. E. R. Evidence for an audience effect in mice: male social partners alter the male vocal response to female cues. The Journal of Experimental Biology 219, 1437–1448 (2016).

14. Wilson, E.O. (2000) Sociobiology: The New Synthesis, Belknap Press of Harvard University Press

15. Wang, F. et al. Bidirectional Control of Social Hierarchy by Synaptic Efficacy in Medial Prefrontal Cortex. Science 334, 693–697 (2011).

16. https://mazeengineers.com/social-hierarchy-in-animals/

前 文 阅 读

 

---

Brainnews脑科学社群

添加管理员微信：brainnews_01，申请加入