社交接触会激活ZISST神经元
这是因为,幼鼠大脑结构发育尚未成熟,缺乏像成年鼠那样明确的脑内分界线定位目标脑区,也没有较为完善的大脑图谱可供参考。因此,研究团队无法直接采用适用于成年鼠的立体定向手术方法,通过注射病毒对幼鼠神经元活性进行调控实验。
此外,由于幼年小鼠在手术后几天内就会与母鼠分开,研究团队必须在手术后一两天内开始记录神经元的活性,并将手术时间缩短至半小时内,确保幼鼠在健康且有活力的状态下进行实验。
经过多次迭代试错和技术优化,研究团队再次将母鼠放置在幼鼠身边。他们惊喜地发现,在母鼠靠近的瞬间,幼鼠的ZISST神经元立即被激活了。除此之外,研究团队还发现,在同一脑区内,谷氨酸能神经元和小清蛋白阳性神经元等其他类型的神经元并未使幼鼠产生类似的反应。
“关键在于要聪明地去吃苦”
然而,任何科学研究都不是一蹴而就的。尽管在神经元激活实验中,团队成功地观察到了预期的行为和生理反应,但是当他们尝试抑制这些神经元时,情况变得复杂了起来。
研究团队采用了多种常见的抑制方法,并且这些方法在体外测试中都显示出有效性,但当应用于体内实验时,结果却不尽如人意。
“在神经生物学领域,抑制神经元实验一直都很微妙。采用不同的方法抑制神经元,可能在某些特定类型的神经元中会成功,但并不能保证在所有类型的神经元中都能成功。”李玥璇告诉《中国科学报》。
其间,研究团队测试了幼鼠和母鼠不同形式的互动,包括自然互动。当研究团队观察到幼鼠在见到母鼠时相关神经元被激活,而在吸奶时神经元却被抑制的现象时,起初以为这个结果可能为研究带来新的突破,却没想到走进了死胡同。
“这些发现难以与现有的文献相互印证,因为很少有研究探讨过类似的问题,尤其是在幼鼠吸奶行为的背景下。因此,我们决定暂时搁置对这一现象的研究。”李玥璇回忆道。
面对首次主导的研究课题迟迟没有进展,李玥璇一度萌生了退缩的念头。“那段时间我感到非常迷茫,甚至产生了自我怀疑。我向导师提议,先发表一篇较小的文章,把观察到的现象公布出来。”但是,考虑到自己才读博士三年级,拥有充裕的时间,在导师Dietrich的支持和鼓励下,李玥璇重新调整心态,决定继续探索下去。
当研究团队将实验重点转向人为激活相关神经元、关注幼鼠的哭声行为时,研究终于迎来了新的转折点。
正常情况下,跟母鼠分开后,幼鼠在一分钟内哭叫的超声波发声(USV)可能会有40 或50。但是,当李玥璇第一次拿到相关神经元激活的数据时,USV仅显示1或2。“当时,我以为数据没有记录上,又重复实验之后发现,幼鼠的哭叫行为已经减弱到了几乎没有的程度。”这个结果意味着,ZISST神经元的减少降低了幼鼠由于与母亲分离引起的哭叫行为,同时减缓了压力荷尔蒙——皮质酮的释放。
此外,研究团队还进行了条件性偏好实验,模拟母鼠影响幼鼠学习的功能。他们将孤立幼鼠与毛绒玩具配对,并在配对过程中再次激活这些神经元。经过几次重复配对后发现,相比于陌生的玩具,幼鼠更倾向于选择激活相关神经元后与之配对过的玩具。这就说明,激活ZISST神经元可以促进幼鼠学习正向的关联。这些激活引发的改变都有着与母鼠互动相似的效果。
“在进行这个实验时,我们尝试了各种不同的实验版本。由于没有前人做过类似的实验,所以我们不得不慢慢摸索条件,包括幼鼠与母鼠分开的时间、与玩具配对的时长,以及重复配对次数。这些参数都是通过反复试验逐步确定的,并不是一开始就明确。”李玥璇说。
2023年9月13日,研究团队投稿给Science编辑部,整个审稿过程比较顺利,仅经历了一轮审稿。三位审稿人给予了研究团队积极正面的反馈,并且提出了建设性的意见。“根据这些建议,我们更细致地分析了幼鼠与母亲互动时的其他复杂行为,从而完善了整个研究,论文中最后一个实验图片就是根据他们的建议添加的。”李玥璇说。2024年4月,研究团队提交审稿回复。两个月后,论文被顺利接收了。
再次回顾这项研究,李玥璇表示:“做神经生物研究,运气固然重要,但吃苦也是不可避免的,关键在于要聪明地去吃苦。遇到问题时,要系统地识别并解决,同时与导师进行有效沟通。”