草原田鼠是單配製的典範。與大多數其他哺乳動物不同，這些可愛、似鼠的生物通常會結伴終生，共同撫養幼崽，並在它們的巢穴中依偎在一起。在本週發表在《自然》雜誌上的一系列實驗中，研究人員報告稱，他們已經查明瞭一個可能驅動這些社會關係形成的特定大腦回路。更重要的是，他們發現他們可以操縱這種情感：當他們人為地啟用該大腦通路時，即使在沒有性行為（通常是先決條件）的情況下，也刺激了草原田鼠形成配對關係。
他們確定的這個大腦回路 ранее 曾與學習聯絡在一起，這表明社會結合本身是一種心理訓練形式。埃默裡大學的資深作者羅伯特·劉說，現在的希望是，如果同樣的基本結合機制在人類身上也起作用，醫生有朝一日可以對那些在這方面有障礙的人進行治療性地增強這些通路。
到目前為止，大多數社會結合研究都集中在神經遞質催產素和血管加壓素上——這兩種激素在社會關係的形成中起著關鍵作用。但劉說，這項新發現將這項工作向前推進了一步，準確地繪製出當動物進行導致長期關係的積極社互動動時，特定大腦區域之間究竟發生了什麼。
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這項工作取決於田鼠行為的一些獨特方面：草原田鼠的互動與它們的近親——小鼠和大鼠——的互動大相徑庭。大多數小鼠或大鼠在與陌生的同伴放在一起時，會非常強烈地調查這個陌生者。然而，當這些相同的齧齒動物再次被放在一起時，訪客會忽略這個不再新鮮的動物。
相比之下，草原田鼠每次接觸同伴都會花費
為了弄清楚大腦中發生了什麼使熟悉的田鼠隨著時間的推移變得更具吸引力，劉和他的同事將電極植入 15 只雌性草原田鼠的大腦中，並測量了區域性場電位，這是電極附近數千個神經元活動的讀數。電極被放置在內側前額葉皮層 (mPFC) 和伏隔核 (NAcc) 中，這兩個大腦區域已知在解剖學上是相連的，並且 ранее 與社會結合有關。與此同時，對照組的田鼠的電極植入在 mPFC 和物理上靠近 NAcc 的區域，但其活動與 NAcc 無關。這些田鼠都沒有 ранее 與伴侶形成配對關係，研究人員只調查了異性戀配對。
在採集這些基線大腦測量資料後，研究人員將每隻雌性田鼠與一隻陌生的雄性田鼠放在同一個籠子裡，並在記錄雌性田鼠神經活動的同時收集影片。記錄顯示，mPFC 和 NAcc 神經元都以相同的低頻率顯示振盪性大腦活動。“這被稱為相干性，它表明[這兩個大腦區域]可能在相互交流，”劉說。此外，記錄顯示 mPFC 中的神經元放電調節了 NAcc 活動：他說，該回路被啟用得越強烈，草原田鼠開始與伴侶依偎的速度就越快。大多數田鼠在被放在一起後不久就發生了性行為，這使得沿著這條通路的神經放電進入超速運轉狀態。“我們認為交配往往會增強迴路的活動，並在某種程度上幫助動物轉向變得親近，”劉說。
快速約會
接下來，研究小組想測試啟用這個迴路是否可以在沒有交配的情況下驅動結合行為。為了做到這一點，他們使用了光遺傳學——這是首次將這種強大的技術用於研究草原田鼠。他們將攜帶通道視紫紅質 2 基因的病毒注射到 12 只雌性草原田鼠的 mPFC 中，通道視紫紅質 2 是一種蛋白質，當受到光刺激時，會導致神經元“放電”。（對照組的 10 只雌性田鼠接受了注射，注射的是一種非活性蛋白的基因。）
然後，研究人員在 NAcc 上方放置了一個微小的光纖燈絲，以便光閃爍僅促使從 mPFC 延伸出來的神經元放電。然後，他們設計了一個特殊的籠子，將一隻雄性田鼠“關”在雌性田鼠的籠子裡。“它們可以看到、聞到和聽到對方；它們只是無法發生性關係，”劉說。每當雌性田鼠靠近雄性田鼠時，研究人員就會使用與他們早先記錄中看到的頻率模式相匹配的頻率模式來刺激 mPFC 到 NAcc 的輸入。
通常，草原田鼠不會在僅僅間接接觸而沒有身體接觸的情況下形成結合關係。但對 mPFC-NAcc 迴路進行光遺傳學刺激的第二天，雌性田鼠更喜歡它們的“牢籠”伴侶，而不是陌生的雄性田鼠，這表明調節該回路足以驅動結合行為。對照組田鼠對它們的牢籠伴侶沒有表現出偏好。草原田鼠通常會形成終生關係，但劉說他們只測試了光遺傳學誘導的行為一天後，所以他們不知道人工結合可能會持續多久。
NAcc 是大腦獎勵中心的重要組成部分，之前的研究已經證明，刺激覺醒動物（包括齧齒動物和靈長類動物）的 NAcc 會導致它們立即偏愛當時在它們附近的任何東西。“當你啟用那個大腦區域時，它會讓你喜歡你所看到的東西，”紐約大學的神經科學家羅伯特·弗羅姆克說，他沒有參與這項研究。但是，透過使用光遺傳學，研究人員不僅僅是簡單地刺激 NAcc——他們有選擇地開啟了來自 mPFC 的輸入，這些輸入自然地調節了結合期間的 NAcc 活動，並且他們表明，這種啟用足以形成至少是短期的結合關係。
埃默裡大學的研究小組尚未檢查 mPFC-NAcc 訊號傳導中涉及的神經遞質，但他們懷疑催產素和多巴胺（大腦獎勵系統中使用的神經遞質）起著關鍵作用，他們計劃接下來研究這兩種神經遞質。德克薩斯大學奧斯汀分校的社會結合研究員史蒂文·菲爾普斯說：“從根本上說，這教會了我們關於結合行為通常是如何發生的。”他也未參與這項工作。這種型別的迴路活動 ранее 已在學習中得到證明，但“擴充套件到社會結合是一個合乎邏輯但非常新的見解。”