在哺乳动物的物种中，仅有不到10%的物种能够形成基于一夫一妻制的配对关系。随着时间的推移，通过选择性地寻找伴侣和与伴侣互动，夫妻关系得以维持和加强。大多数实验室啮齿动物包括大小鼠，都没有表现出这种行为。然而，在实行一夫一妻制的草原田鼠中，通过一项“伴侣偏好测试”可以很容易地评估配对关系，实验动物可以选择与一个配对的伴侣或新动物共度时光，用来检测动物在配对行为中的神经活动，以及在配对关系成熟时，动物行为学和神经活动是如何变化的。伏隔核（Nucleus accumbens, NAc）作为大脑中编码高奖赏配对行为的区域，在奖赏和动机中起着关键作用。一项fMRI研究中提出，当参与者认为他们是与其伴侣而不是一个陌生的人牵手时，NAc中表现出显著增强的BOLD信号。在草原田鼠中，干扰NAc内的神经调节信号会破坏配对行为的形成，而随后的基因表达变化有助于维持配对行为的发生。
尽管有大量证据表明NAc在编码配对行为中起主要作用，但这一过程背后的神经元动力学以及它们如何随着配对的进展而变化尚不明晰。
图1. 一夫一妻制草原田鼠的体内Ca2+成像
研究通过对草原田鼠交配前和交配后NAc中进行体内Ca2+成像来展现配对行为的形成和成熟在大脑中是如何表现的。结果表明长期同居会导致更强烈的配对结合偏向，作者进一步提出这种配对结合偏好是否反映在NAc神经元活动的模式中的疑问。性幼稚的动物在交配前无偏好；在交配后短期测试中，动物对伴侣或新动物之间无显著偏好差异；而在长期测试中均表现出强烈的伴侣偏好行为（图1H-J）。
图2. 交配前后与伴侣和新异性动物之间的交互作用中的Ca2+活性强度
基于对人类神经影像学的研究，假设人与伴侣而非陌生人在一起时，能够观察到更全面的神经活动。出乎意料的是，在控制测试动物与每只动物互动的方式差异后，所有成像神经元的Ca2+事件发生率均无法预测测试动物是否与其伴侣或新个体互动。文中定义伴侣偏好测试中所有至少持续1秒的社交互动阶段为社交回合。NAc中对配对的编码不会通过整个群体的活动变化而发生。在研究两只性幼稚的新田鼠中，社交回合的持续时间没有差异；交配后，实验动物与伴侣的社交回合的持续时间比与新动物的更长（图2A）。与伴侣偏好的其他指标类似（图1H-J），随着同居和交配时间的延长，伴侣或新动物社交回合的持续时间差异变得更加显著（图2A）。在社交过程中，NAc有很强的激活，但在考虑了社交回合总次数和持续时间的差异后，在伴侣或新动物交往过程中的平均活动没有差异（图2E；p=0.061，χ2=10.535，df=5）。
图3. 配对成熟时，接近细胞的整体增加
接下来的问题是特定神经元亚群的活动是否可能编码成对结合的特征？研究使用了事件触发分析来识别神经元，计算每个细胞Ca2+瞬变后1秒间隔内测试动物和伴侣或新动物之间距离的中位数变化，将观察到的距离变化与一个通过随机打乱每个细胞在伴侣室和新动物室中的瞬态得到的空模型进行了比较（图3A）。其中，距离变化≥95%的细胞被指定为离开细胞，距离变化≤5%的细胞被指定为接近细胞（图3B）。研究提出进场集合的差异不太可能是由于未预期的变量造成的，因为这样的变量同样会影响进场和离场单元的识别。在初始时间点，伴侣和新的接近细胞没有差异，但在交配后出现差异，并在长期时间点变得明显。该结合的成熟可能导致伴侣途径和新途径在NAc中的表达方式发生变化（图3E；同伴认同的主要效应，F1,11=7.252；p=0.021）。相比之下，即使在相同的排列分析中识别出伴侣细胞和新的离开细胞，在任何时间点也没有观察到差异（图3F；同伴认同的主要效应，F1,11=1.106，p=0.316；交互F2,22=1.91，p=0.172）。此外，不同的方法组合对于识别和决定接近特定的个体可能是至关重要的，而当离开社会交互时，这种程度的专一性是不必要的。伴侣和新接近神经元的重叠并不比预期的更多（图3G；幼稚p=0.23；短期p=0.79；长期来看p=0.25），表明伴侣和新接近在单独的集成中是独立的；而伴侣和新离开细胞的重叠超过了偶然情况下的预期（幼稚p=0.004；短期p=0.014；长期p=0.019）。本研究发现了促成配对结合改变了大脑的神经基质，而伴侣整体NAc的Ca2+活性差异在草原田鼠的配对结合中并不显著。相反，成对结合的特定特征如接近伴侣而不是陌生人的优先愿望，可能编码在特定的神经元群中。伴侣接近神经元具有许多功能，使其成为编码配对结合方面的理想候选者，例如决定采用配对伴侣的决定。首先，伴侣方法集合的扩展与伴侣偏好的出现密切相关。
其次，伴侣和新颖方法的集合是不重叠的，如果这些细胞包含有关正在接近的特定动物的信息，这是可以预期的。
最后，这些细胞中的大多数在进行前而不是进行中时具有Ca2+瞬变，表明它们有助于接近特定动物的决定。
综上所述，本研究确定了一个神经元群，其活动可以促进伴侣团聚，其扩展反映了结合的成熟，为一夫一妻制提供了一个关键的神经元机制。
参考文献：
Jennifer L. Scribner, Eric A. Vance, David S. W. Protter, William M. Sheeran, Elliott Saslow, Ryan T. Cameron, Eric M. Klein, Jessica C. Jimenez, Mazen A. Kheirbek, Zoe R. Donaldson. A neuronal signature for monogamous reunion. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020. https://doi.org/10.1073/pnas.1917287117
作者信息
编译作者：Роза（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
题图：tenor.com