下丘腦腹側部( ventromedial hypothalamus，VMH)從被發現以來一直被認為是“攻擊中心”，對小鼠的研究發現，VMH的腹外側區（VMHvl）是調控攻擊行為的關鍵核團[1]。特異性抑制VMHvlPR神經元的活動可減少雄鼠對領土侵犯的行為，強制激活VMHvlPR神經元則會引起其對同種或異種生物的攻擊[2,3]。研究發現，VMHvlPR神經元會通過一種對社會環境非常敏感的方式喚醒攻擊行為[2]，但這種現象背后的機制尚不清楚。
鏡像神經元（mirror neuron）是指動物在執行某個行為以及觀察其他個體執行同一行為時都發放沖動的神經元。因而可以說這一神經元“鏡像”了其他個體的行為，就如同自己在進行這一行為一樣[4]。對于人腦來說，在前運動皮質、運動輔助區、第一軀體感覺皮質、頂葉下皮質等中都有發現這類神經元。鑒于它們代表了自我和他人的行為，鏡像神經元被認為是能夠成功進行社會互動認知的重要組成部分[5]。然而，鏡像神經元在行為表現中的功能相關性尚不清楚。
2023年3月16日，神經生物學領域著名期刊Cell上發表了題為Hypothalamic neurons that mirror aggression的工作，斯坦福大學Nirao M. Shah團隊通過一系列工作進一步闡明了VMHvlPR神經元在攻擊性行為中的作用[6]。
為了測試VMHvlPR神經元對攻擊行為的響應，研究者們通過向PRCre小鼠的VMHvl區注射Cre依賴的GCaMP6s病毒（AAV1-Syn-FLEX-GCaMP6s）以便觀察VMHvlPR神經元的響應（圖1A）。結果顯示雄鼠在攻擊（圖1C）、搖尾（一種類似示威的行為，圖1D）以及觀察攻擊（圖1E）和觀察搖尾（圖1F）時，VMHvlPR神經元都會被激活（圖1C-F）。
圖1: VMHvlPR神經元在攻擊與觀察攻擊行為時會被激活
接下來研究者們又分別研究了嗅覺、視覺、過往經驗在引起VMHvlPR神經元響應中的作用。結果顯示嗅覺缺失（圖2A-C）或者沒有過交配、攻擊（圖2G-I）的動物在觀察到其他動物攻擊行為時，VMHvlPR神經元仍會被激活，但缺少視覺輸入的動物VMHvlPR神經元并不會被激活（圖2D-F），這說明視覺輸入在Aggression-mirroring這個過程中起至關重要的作用。
圖2：視覺對Aggression-mirroring起至關重要的作用
接下來，研究者們通過miniscope技術（同樣是向PRCre小鼠的VMHvl區注射AAV1-Syn-FLEX-GCaMP6s）在單細胞層面觀察了VMHvlPR神經元在攻擊和觀察攻擊行為中的電活動（圖3B、C）。其中在攻擊（圖3D、F、H、J）或搖尾（圖3E、G、I、K）時作為VMHvlPR神經元的激活程度相似（圖3L）。研究者們通過進一步分析發現，小鼠在自己進行攻擊行為和觀察到其他動物攻擊行為時，有一部分VMHvlPR神經元都被激活了（圖4）。
圖3:單細胞分辨率觀察VMHvlPR神經元響應
圖4:一部分VMHvlPR神經元在攻擊和觀察到攻擊行為時被共同激活
研究者們后續又設計了Mirror-TRAP的策略（在FosCreERT2小鼠VMHvl區注射AAV1-Syn-FLEX-GCaMP6s，并在其目睹其他小鼠攻擊后注射4OHT，使被激活的VMHvl神經元表達GCaMP6s）（圖5D），結果發現小鼠在目睹其他小鼠攻擊或搖尾行為后，都有觀察到大量的VMHvl神經元被激活（圖5E、F）。在驗證了Mirror-TRAP標記VMHvl神經元的有效性后，研究者們向FosCreERT2小鼠VMHvl區注射AAVDJ-EF1a-DIO-hM3D(Gq)-mCherry或AAVDJ-EF1a-DIO-hM3D(Gi)-mCherry，并在其目睹其他小鼠攻擊后注射4OHT，使被激活的VMHvl神經元表達DREADDq/DREADDi，即可通過化學遺傳學的方式激活或抑制VMHvl神經元（圖6A，7A）。實驗結果也顯示，在給予了CNO激活VMHvl神經元后，雄鼠的攻擊行為明顯增多（圖6B-G），而在抑制VMNvl神經元后，雄鼠的攻擊行為則明顯減弱（圖7B-G）。
圖5: mirror-TRAP策略可標記觀察攻擊行為時的VMHvl神經元
圖6:化學遺傳學激活VMHvl神經元使雄鼠攻擊性更強
圖7: 化學遺傳學抑制VMHvl神經元使雄鼠攻擊性減弱
總之，這項工作從單細胞分辨率證明了小鼠VMHvl區神經元的活動會對自身的攻擊行為及目睹攻擊行為產生響應，并通過化學遺傳學的手段證明了VMHvl神經元控制攻擊行為的有效性。
公眾號底部菜單欄【新功能】上線！
病毒實驗幫
免費在線學習《國自然熱點研究》、《數據庫及軟件操作教程》
一鍵下載《病毒使用手冊》、《高分文獻》
還有不定時的送新書、抽獎活動，趕緊來掃碼關注一波吧
參考文獻…
[1] Lin, D., Boyle, M.P., Dollar, P., Lee, H., Lein, E.S., Perona, P., and Anderson,D.J. (2011). Functional identification of an aggression locus in the mouse hypothalamus. Nature 470, 221–226.
[2] Yang, T., Yang, C.F., Chizari, M.D., Maheswaranathan, N., Burke, K.J.,Borius, M., Inoue, S., Chiang, M.C., Bender, K.J., Ganguli, S., and Shah,N.M. (2017). Social control of hypothalamus-mediated male aggression.Neuron 95, 955–970.e4.
[3] Falkner, A.L., Dollar, P., Perona, P., Anderson, D.J., and Lin, D. (2014). Decoding Ventromedial Hypothalamic Neural Activity during Male Mouse Aggression. J. Neurosci. 34, 5971–5984.
[4] Gallese, V., Fadiga, L., Fogassi, L., and Rizzolatti, G. (1996). Action recognition in the premotor cortex. Brain 119, 593–609.
[5] Rizzolatti, Giacomo; Craighero, Laila. The mirror-neuron system (PDF). Annual Review of Neuroscience. 2004, 27: 169–192
[6] Yang, T., Bayless, D.W., Wei, Y., Landayan, D., Marcelo, I.M., Wang, Y., DeNardo, L.A., Luo, L., Druckmann, S., and Shah, N.M. (2023). Hypothalamic neurons that mirror aggression. Cell.(原文)