Nature | 社会吸引的大脑回路

人类是著名的社会性动物。但他们并不是唯一倾向与同一物种的其他个体合作，进而实现目标的生物。事实上，在自然界中可以大量观察到哺乳动物群，成群的鸟类或鱼群。那么，动物的大脑是如何识别其他同类动物的呢？

近日，来自德国马克斯普朗克生物智力研究所（Max Planck Institute for Biological Intelligence）的科学家在年幼斑马鱼中研究了这一过程。他们发现了一种中介社会吸引力的神经回路。这种特殊的通路从视网膜深入大脑，使斑马鱼能够检测并接近附近的同种鱼类。2022年7月14日，该研究发表在Nature上面。

人类和许多其他动物生活在社会中。从根本上说，社会互动要求个人将他人识别为属于自己的同类。这通常在几分之一秒内发生，通常是本能的。然而，揭示这种行为背后的神经元回路绝非易事。

马普所的项目负责人Johannes Larsch 解释说：“研究社会互动存在一个内在的挑战：对于作为观察者的我们来说，行动和反应在动物行为和神经元水平上都是交织在一起的。这是因为参与这些互动的个体相互影响。两者同时是社会信号的发送者和接收者。研究视觉系统及其相关大脑区域的作用特别困难。”

尽管如此，Johannes Larsch的团队还是找到了一种方法来阐明视觉系统在社交互动中的重要性。科学家们为斑马鱼幼体开发了一种模拟同种的实验性虚拟现实装置。所需要的只是屏幕上的投影点，这个点很重要——它在显示屏上的运动反映了一种不规则的运动模式，这是斑马鱼游泳时的典型特征。动物们无法抗拒这个暗示：它们跟着它走了几个小时，显然混淆了移动的点和真正的同类。因此，研究人员发现了一种明确的视觉刺激，可以触发斑马鱼的社会聚集行为。

此外，该研究小组还可以研究神经元对刺激的处理过程。为了做到这一点，他们扩展了虚拟的现实装置，使它们能够同时测量鱼大脑的活动。实验表明，一个移动的圆点会激活斑马鱼大脑中被称为丘脑的一组特定神经元。当另一条斑马鱼的幼体游到附近时，丘脑的同一区域会被激活。

Larsch解释说：“丘脑是大脑的感觉控制中心，它整合和传递感觉输入。感觉信息在传递到丘脑的过程中被处理，首先在视网膜，然后在顶盖(脊椎动物大脑的主要视觉中心)。当信息到达丘脑时，它已经被过滤为社交线索，比如潜在同类的不稳定运动。

研究人员在该区域确定的神经细胞将斑马鱼的视觉系统与在社会行为期间活跃的其他大脑区域联系起来。Larsch说：“我们已经知道这些其他大脑区域在控制社会行为方面发挥作用。然而，激活它们的视觉刺激是未知的。我们的工作填补了这一知识空白，并揭示了传递信号的神经元通路。”

当研究人员专门阻断这些细胞的功能时，新发现的神经元的重要性得到了证实。斑马鱼幼体失去了对同种生物以及移动点的兴趣，几乎不再跟着它们转了。“因此，我们发现的神经元调节着斑马鱼的社交方式和关系。”该研究的主要作者、研究生Johannes Kappel说：“人类也拥有丘脑，许多神经元进程在进化过程中被保存下来。当我们感知面部运动或身体运动时，我们也有活跃的大脑区域，但这些区域对社会行为的意义尚未被探索。”

Kappel等（2022）完成的该项研究已经阐明，大脑中一个部分的激活为两条斑马鱼的连接提供了基本的“粘合剂”。这种小规模的相互作用共同创造了鱼群。社会行为是由大脑网络驱动的，而大脑网络本身就是神经元网络。Baier总结道:“神经生物学的发现，比如我们的发现，也许可以启发和丰富关于动物社会总体自组织的思考，这一点还有待其他学科的共同努力。”

参考文献

Kappel, J. M., Förster, D., Slangewal, K., Shainer, I., Svara, F., Donovan, J. C., . . . Larsch, J. (2022). Visual recognition of social signals by a tectothalamic neural circuit. Nature. doi:10.1038/s41586-022-04925-5

Max-Planck-Gesellschaft. (2022, July 14). A brain network for social attraction: Specialized nerve cells in the zebrafish visual system enable recognition of conspecifics. ScienceDaily. Retrieved July 17, 2022 from www.sciencedaily.com/releases/2022/07/220714103010.htm