腦機啟偵|大腦根據種群密度在“投資后代”與“減少競爭”間抉擇

在哺乳動物中，父性撫育極為罕見，而其產生的神經機制也尚未得到充分理解。

2月18日，普林斯頓大學Catherine Jensen Pe?a團隊在Nature在線發表題為“Agouti integrates environmental cues to regulate paternal behaviour”的研究論文，該研究利用了非洲條紋鼠（Rhabdomys pumilio）自然的父性撫育行為，并結合了全腦cFos映射、單核細胞RNA測序、病毒介導的基因干擾以及環境調控等方法，來剖析父性養育行為自然差異的神經基礎。該研究發現，社會環境條件會驅動父性異親養育行為的個體差異，即斷奶后的社會隔離會增加父性撫育行為，而較高密度群體中的社會生活則會增加殺幼崽行為。這種養育行為的自然差異與下丘腦內側視前區的神經活動以及大腦各區域相關活動的變化相符合。

在下丘腦內側視前區內，群體飼養會增加Agouti（Agouti是一種神經肽，在哺乳動物中負責調節黑色素合成，其基因表達與毛色相關）在神經元中的表達，該表達與養育行為呈負相關，而 Agouti 的過度表達會減少養育行為并增加殺幼崽行為，且在原本不耐受的鼠類中會降低養育行為并增強殺幼崽行為。自然的干預措施進一步表明，Agouti 能夠整合長期的飼養條件，而非食物供應或饑餓狀況。總之，該研究結果表明，父性撫育的照料行為存在差異，這反映了與環境相關的對保守的下丘腦和黑皮質素信號傳導機制的調節作用，而非取決于父性是否具備照料能力這一因素。

2025年10月22日，英國弗朗西斯克里克研究所Johannes Kohl團隊在Nature在線發表題為“Integration of hunger and hormonal state gates infant-directed aggression”的研究論文，該研究報告了饑餓和發情狀態如何匯聚在內側視前區（MPOA）的神經元上，以塑造嬰兒導向的行為。

2023年10月6日，英國弗朗西斯克里克研究所Johannes Kohl團隊在Science在線發表題為“Hormone-mediated neural remodeling orchestrates parenting onset during pregnancy”的研究論文，該研究發現雌二醇和黃體酮對小鼠內側視前區（MPOA）中表達甘丙肽（Gal）的神經元的作用對妊娠誘導的親代行為至關重要。雌二醇使MPOAGal神經元沉默，反而增加了它們的興奮性，而黃體酮通過促進樹突棘的形成和興奮性突觸輸入的募集，永久性地重新連接了這個回路節點。因此，懷孕激素在預期未來的行為需求時重塑了養育回路。

積極的親代照料對于未獨立生活的幼崽的生存和發育至關重要，母性照料為所有哺乳動物的照料行為奠定了進化基礎。在所有哺乳動物物種中，母親會提供諸如營養、體溫調節和保護等關鍵資源。在一小部分哺乳動物（包括人類在內）中，父親也會參與幼崽的照料，這可能會帶來獨特的發育和進化優勢。盡管支撐母性照料的神經回路已得到廣泛研究，并在哺乳動物中普遍存在，但我們對于導致雄性自然出現積極照料行為的因果神經生物學和分子機制的理解仍處于起步階段。

對哺乳期母鼠、標準實驗小鼠（Mus musculus）和大鼠（Rattus norvegicus）中已知具有重要意義的神經內分泌和肽類通路的研究，以及對白足鼠和田鼠物種的遺傳變異的研究，為雄性的大腦研究提供了重要見解。眾所周知，母性照顧是由下丘腦內側視前區（medial preoptic area of the hypothalamus ，MPOA）介導的，這一腦區在懷孕期間會經歷動態的激素和表觀遺傳重塑。這種重塑會重塑神經回路，抑制幼崽指向的攻擊行為，同時促進接近行為，并通過下游獎勵系統來強化照顧行為。相比之下，未經歷性接觸的雄性小鼠和大鼠在野外通常會進行幼崽殺戮行為，但在交配后，它們會暫時減少這種殺戮行為，并在數周內表現出父性行為。

非洲條紋鼠的異親代照料行為（圖源Nature）

未經歷性接觸的實驗小鼠和大鼠也可以通過長時間接觸幼崽而被誘導表現出父性行為。在易感的雄性個體中，MPOA也被確認為一個關鍵樞紐，它整合了上游的嗅覺輸入，并激活了下游的獎賞通路，這表明負責照顧行為的基本神經回路存在于雄性體內，但在正常情況下處于不活躍狀態。然而，毫無疑問，不同物種在性經歷前自然表現出的照顧行為方面存在神經生物學上的差異，例如在合作繁殖的田鼠的研究中就有所體現。這些研究不僅為我們揭示了如何激發父性行為提供了見解，同時也強調了需要新的嚙齒動物模型來理解自然發生于雄性身上的照顧行為的神經生物學基礎，尤其是在同一物種內部。

非洲條紋鼠（R. pumilio）是研究父性撫育行為神經生物學的理想模型。與傳統的實驗室嚙齒動物不同，未經歷過性成熟過程的非洲條紋鼠（以下簡稱為“條紋鼠”）在野外和實驗室環境中都會表現出父性和異親父母的雙重行為，非遺傳的照料者（異親父母）會主動為年幼的兄弟姐妹甚至無關的嬰兒提供照料。條紋鼠能在各種各樣的社會環境中茁壯成長，從群居生活到原地繁殖、領地繁殖和獨自行走都有涉及。當雄性條紋鼠離開出生巢穴后，它們會根據環境壓力（如人口密度和資源可用性）采取各種不同的社會策略，比如獨自游蕩和組建單身群體（包括親屬和非親屬）。這種生態適應性也延伸到了實驗室環境中，在那里它們可以處于模擬這些社會策略的條件下進行飼養。

值得注意的是，雄性條紋鼠無需以往的繁殖經歷或敏化反應就能表現出養育行為，并且它們的養育行為表型在同種個體間存在自然的差異。這種單個物種內的顯著差異（由遺傳因素控制），為探究與經驗相關的個體差異在父親養育行為中的分子和神經生物學機制提供了獨特的機會。在此，該研究以條紋鼠為模型，采用綜合方法——包括全腦cFos表達圖譜繪制、單核 RNA 測序（snRNA-seq）、腦部病毒介導的基因操作以及社會環境操作——為我們對自然發生的父系養育行為背后的神經機制提供了新的見解。

來源：i Nature

參考消息：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10123-4

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