浙江大學胡海嵐課題組在《科學》雜志發(fā)表長文揭示“勝利者效應”的腦機制

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在我們的生活中，競爭無所不在。是什么造就了社會博弈中的勝利者，這背后有著怎樣的神經生物學機制和原理？眾所周之，影響社會競爭的輸和贏，既有內在，也有外在的因素。內在因素除了身體力量等先天物理因素，更多與個體的精神力量相關：比如在競爭中的勇氣、信心和堅持不懈的持久耐力。而外在因素中很重要的一點是個體之前經歷過的輸贏歷史。拳王泰森曾經鋃鐺入獄，出獄后重新摘得拳王桂冠并非易事。他的經紀人巧妙地為他安排了兩場與實力較弱對手的對抗賽。在贏得這兩場比賽之后不久，泰森就戰(zhàn)勝了實力強悍的對手，重新獲得拳王桂冠。泰森的經紀人按排的戰(zhàn)略，利用的就是心理學中的“勝利者效應”：先前的獲勝經歷會使之后的勝利變得更加容易。然而“勝利者效應”的神經科學機制還罕為人知。

2017年7月14日，浙江大學求是高等研究院系統神經與認知科學研究所和醫(yī)學院神經科學研究中心的胡海嵐研究組在《科學》雜志以長文(Research Article)形式發(fā)表了題為《勝負經歷重塑丘腦到前額葉皮層環(huán)路以調節(jié)社會競爭優(yōu)勢》的文章。該文章采用測試小鼠社會競爭的行為學范式：鉆管測試和熱源爭奪測試，并結合在體多通道電生理記錄，光遺傳學、藥理遺傳學調控，以及在體神經可塑性記錄和光誘導突觸長時程性增強、減弱等前沿神經生物學研究手段，闡明了前額葉皮層調控社會競爭中輸贏的機制，并發(fā)現中背側丘腦-前額葉皮層這一神經環(huán)路介導“勝利者效應”。

六年之前，胡海嵐研究組曾經在《科學》雜志發(fā)表文章，提出鉆管測試這一行為范式可以體現小鼠的社會等級關系，并提示大腦內側前額葉這一腦區(qū)的神經活動可以調節(jié)小鼠在社會競爭中的地位(Wang et al., 2011)。在新的工作中，為了進一步探究在社會競爭中輸贏決定的神經科學機制，胡海嵐研究組的博士生周亭亭和朱鴻在小鼠進行鉆管比試時對其前額葉皮層進行了多通道的在體電生理記錄。通過對行為和和單細胞神經活動的相關性分析，她們發(fā)現前額葉皮層的神經元的活動在小鼠消極后退時沒有變化，但當小鼠付出”努力“（推擠和抵抗）時有顯著增強。當她們利用藥理遺傳學手段降低小暑前額葉皮層活動性時，觀察到小鼠在鉆管測試中的推擠行為顯著減少，并且降低了等級地位。反之，利用光遺傳學的方法（一種利用激光來瞬時、特異激活神經元的手段）激活前額葉皮層使小鼠在鉆管測試中主動發(fā)出更多的推擠，使原先低等級小鼠戰(zhàn)勝原先高等級的對手，實現”逆襲“。

在使用光遺傳學激活小鼠前額皮層使之贏得鉆管測試的實驗中，她們觀察到后續(xù)不給光時，有些小鼠會維持升高的等級，而另外一些小鼠會恢復原先的等級。這一現象引起了她們的強烈興趣，通過仔細對比分析這兩類小鼠的輸贏經歷，她們發(fā)現維持等級的小鼠先前有6次以上被光誘導而戰(zhàn)勝對手的經歷，而光照小于5次的小鼠大部分都恢復了原先的等級。這種先前勝負經歷影響后續(xù)比賽輸贏的現象恰恰體現了心理學中的“勝利者效應”。

為了進一步探索“勝利者效應”的神經環(huán)路機制，周亭亭等巧妙地結合光遺傳學的方法記錄了從中縫背側丘腦投射往前額葉皮層的神經環(huán)路在重復勝利經歷前后的變化，發(fā)現重復的勝利經歷顯著地增強了該神經環(huán)路的突觸（神經細胞間傳遞信息的關鍵結構）連接的強度。之后她們又利用光遺傳學人為誘導造成這個環(huán)路上長時程的突觸增強（LTP），發(fā)現這種突觸連接的增強足以長時間提升小鼠的等級地位。反之，誘導長時程突觸連接的減弱（LTD）使勝利者效應完全消失。這一系列實驗充分必要地證明了成功經歷會重塑中縫背側丘腦到前額葉皮層的突觸連接強度，從而影響后續(xù)競爭中的表現。

為了觀察競爭優(yōu)勢是否能夠遷移到不同的行為范式中，胡海嵐課題組的研究生范鄭曉又建立了新的測試等級的行為學范式－－熱源爭奪測試：同籠四只小鼠在寒冷環(huán)境中會去爭奪溫暖的窩。有意思的是，在鉆管測試中獲得重復勝利經歷的小鼠，在熱源爭奪中也會更容易獲勝。這一結果首次說明”勝利者效應“可以從一種行為學范式遷移到其他的行為中。

這項研究結合了行為學、電生理、光遺傳等多層次手段，首次確定了前額葉皮層對社會競爭的動態(tài)控制，第一次發(fā)現了哺乳動物大腦中“勝利者效應”的神經環(huán)路，并且發(fā)現了”勝利者效應“在不同行為學范式中的遷移效應。由于社會競爭造成的社會地位與健康狀況息息相關，這為研究社會行為相關的疾病提供了治療思路，并且為在競賽中提高選手成績的行為訓練策略提供了理論依據。

該課題由博士生周亭亭，朱鴻和范鄭曉等在胡海嵐教授的指導下共同完成。其他的合作者包括中科院神經所的王征研究員，中科院深圳先進研究院的詹陽研究員和華師大的林龍年教授等。課題受浙江大學985基金、科技部973項目，中國科學院先導計劃B，神經科學國家重點實驗室、國家杰出青年基金等資助。