Nature背靠背:社会等级再现顶刊！皮层神经元编码等级结构信息，驱动社会竞争行为

大多数社会物种通过竞争性互动作用形成稳定的社会等级结构，这对群体的行为有深远的影响：等级越高的动物获得更多的食物、领地和配偶。动物研究表明前额叶皮层（mPFC）和前扣带皮层（ACC）在建立社会等级中发挥关键作用。

2022年3月16日美国加州索尔克生物研究所Kay M. Tye团队揭示了mPFC投射到下丘脑的神经环路实现从上到下调控社会等级行为，文章发表在Nature杂志上。

图1:社会等级相关的竞争奖赏行为模型

研究人员设计了一个竞争性奖赏行为实验，首先通过钻管实验筛选出优势地位和劣势地位小鼠，分别单独训练小鼠给与声音线索后按压杠杆获得糖水奖励。将优势地位和劣势地位小鼠放在一起后竞争获得奖赏（图1），结果发现优势地位小鼠获得更多的糖水奖赏，在与劣势地位的竞争中获得更多的胜利。

为了观察在上述实验过程中小鼠的行为学和mPFC脑区神经元活动，他们基于深度学习算法开发了AlphaTracker追踪系统同时记录多只小鼠复杂的活动轨迹，并埋置无线光纤记录神经元活动，通过数学模型分析发现mPFC脑区神经元可编码不同社会等级小鼠的行为活动，处于相对劣势地位小鼠在竞争行为中mPFC脑区神经元群体活动表现出较大的阶段性变化。

进一步发现mPFC脑区神经元在编码社会等级信息比竞争成功的信息更为准确。更有意思的是，mPFC脑区神经元可通过预测相对和绝对社会等级地位实现在竞争行为中成功的预测。

然而在编码社会等级和竞争成功行为中mPFC脑区神经元群体活动是动态变化的，但也是相对稳定的：与单独训练听到声音相比，在竞争行为中处于劣势地位的小鼠神经元活动变化较大，但是在优势地位小鼠中几乎不存在这种差异。

外侧下丘脑（LH）和基底外侧核(BLA)接受来自于mPFC脑区锥体神经元的投射，均均与社会等级行为中。相比于mPFC→BLA神经元，在上述竞争行为中mPFC→LH神经元兴奋性更强。通过光激活mPFC→LH环路后可促进小鼠获得更多的胜利，作为调控社交竞争行为的神经环路。

同一天，Nature杂志刊发了哈弗大学医学院Ziv M. Williams团队的研究文章，揭示了前扣带皮层神经元编码社会等级信息，在社会竞争行为中发挥关键作用。

图2：自然状态下群居竞争行为

小鼠通常习惯群居，并集体觅食，并形成稳定的社会等级结构。研究人员利用上述习性，建立自然状态下小鼠群体觅食行为模式：同一窝中选择7只小鼠进行群居，随后每次任意选择4只小鼠在固定区域内竞争食物，记录每次实验中各小鼠所处的社会等级（图2）。

结果发现拥用绝对优势地位(在大多数实验中排名第一)的小鼠更有可能成功竞争获得食物，而拥有中间等级地位(比如在某个实验中排名第二，但在另外的实验中排名第三，甚至第五)的小鼠在遇到优势地位的小鼠后不太可能获得胜利。

通过单细胞水平上的在体电生理技术记录ACC脑区神经元在上述行为中的活性，发现37%左右的神经元与社会等级相关，这些神经元随着小鼠在每次竞争实验中的等级的变化而变化，约一半的神经元与每次竞争实验中成功事件相关，这两类神经元群存在很大的差异，重叠的比例很小。

基于上述实验，他们发现了一类能够预测成功的神经元群：在竞争行为之前，这群神经元活动受到社会等级的强烈影响，预测竞争成功的概率达到73%。

图3;化学遗传学调控ACC脑区神经元活性

在通过化学遗传学激活ACC脑区神经元后能够增强小鼠在钻管实验中的社会等级，而在移植该脑区神经元活性后降低小鼠的社会等级。更有意思的是，在上述群居竞争食物中，激活ACC脑区神经元后，即便遇到更强的同伴，劣势地位的小鼠也会胜利，获得食物；在抑制其活性后，也打不过较弱的同伴。

总的来说，上述两篇文章通过不同的行为学实验均发现（mPFC和ACC）皮层神经元可编码社会等级信息，并能预测在竞争行为中的胜利，进一步揭示了皮层在调控社会等级中的工作模式。

【参考文献】

1.https://doi.org/10.1038/s41586-022-04507-5

2.https://doi.org/10.1038/s41586-021-04000-5

文中图片来自参考文献

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