Nature | 经验或直觉?科学家揭示优秀妈妈快速识别婴儿哭闹信息的神经机制

2020
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神经周刊 / 神经周刊
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经验丰富的母鼠比没有育儿经验的小鼠能识别出幼崽更多引起注意的哭声

 

在饥饿、疼痛、身体不舒服等状态下婴儿会哭泣,父、母亲在听到哭声后立即作出反应,他们很快就会陪伴、抱住或喂养婴儿。幼儿在不同的状态下发出的声音也不同;当被陌生人掳走后会发出“求救”的声音信号;在母亲离开后会发出"孤独"的声音信号,在饥饿辘辘的时候会发生“乞求”的声音,在和同伴玩耍的时候发出"群体社交"的声音信号。

理解婴儿声音表达的具体含义对于人类和其他动物的繁育至关重要,但是,每个婴儿都有自己独特的哭声,因此,最成功的父母必须迅速学会识别求助声音信号和其他小孩哭声的细微变化。

2020年10月7日纽约大学医学院Skirball生物分子医学研究所Robert C. Froemke研究团队揭示了经验丰富的母鼠比没有育儿经验的小鼠能识别出幼崽更多引起注意的哭声,并揭示了听觉皮层特异性神经元对求助信号的特定反应模式(1)。

一般来说母鼠会根据遗落在角落的幼崽发出的求救信号将其衔回重新带回巢中。研究表明在小鼠中在未成为母亲之前雌性成年小鼠并不能理解幼儿的求助声音,但在与带有幼崽的母鼠一起生活后,这些雌性成年小鼠会习得这种母性行为,将孤单的幼崽衔回。

研究人员通过测量了多只小鼠幼崽哭泣声音音节间隔时间的平均值,并在此范围上增加或减少时间,估算出能够诱导母性行为的声音时间结构特点。发现有育儿经验的雌性小鼠中,当求助声音的音节间隔在在75到375毫秒之间会诱发衔回行为,其概率很高(80%左右),在这个时间内听觉皮层神经元反应得到固化。而单音节或音节间隔在575 ms以上的声音刺激诱发衔回行为的成功率很低(20%左右).

图1,雌鼠神经元对不同时间特征的声音进行响应

双光子显微镜进一步发现在75到375毫秒之间音节间隔的声音中有育儿经验的母鼠听觉皮层神经元的反应比无育儿经验的雌性小鼠更强烈。

进一步发现光抑制左侧听觉皮层后母鼠衔回行为出现障碍,而抑制右侧听觉皮层并不出现这种障碍.也就是说左侧听觉皮层对于辨别幼儿求助声音中发挥关键作用.

图2,听觉皮层神经元对不同特征声音的反应模式

整体而言从175ms-975ms的音节间隔时间范围内,无论是否具有育儿经验,雌性小鼠的神经元反应均降低。但是音节间隔时间在575 ms以上,有育儿经验的雌鼠左侧听觉皮层后神经元活性降低更加明显,呈“断崖式”,其中兴奋性神经元活性降低比抑制性神经元更多。

对于无育儿经验的雌性小鼠来说,几乎在整个范围的音节间隔中,兴奋性神经元活性比抑制性降低得更快。这就表明不同类型的神经元、不同经历的雌性小鼠对声音的反应并不同。

很有意思的是,将无育儿经验的雌性小鼠与带有幼崽的母鼠一起生活后能够促进其母性行为,与此同时听觉皮层神经元在175ms-975ms的音节间隔时间范围内抑制性神经元活性明显降低,使得神经元整体反应模式类似于有育儿经验的母鼠对求助信号的反应模式。这一结果表明共同生活之后“如有神兵下凡”重塑无育儿经验的雌性小鼠大脑连接,获得母性行为能力。

那么这个“神兵”是谁呢?先前研究表明被称为“快乐激素”的催产素可以调节母乳喂养和促进母性行为。研究人员通过光遗传技术抑制催产素产生后,在听到求助信号后,有育儿经验的母鼠衔回幼崽的概率不到40%,明显降低。此外,在阻断催产素信号后,无育儿经验雌鼠即使获得母性行为能力,但对求助信号并不响应。这表明催产素可以促进大脑重新连接,并使其更容易学习育儿新技能

总的来说,本文揭示了没有育儿经验的小鼠通过后天学习可以获得丰富的育儿经验的神经机制,而催产素使得这一学习过程变得容易。

【参考文献】

1.Innate and plastic mechanisms for maternal behaviour in auditory cortex

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2807-6


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关键词:
雌性,信号,声音,皮层

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