520特刊 | 爱的神经机制
文：周炜
来源：浙江大学学术委员会
公众号：brainnews（ID：brainnews）
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520快乐
在哺乳动物的物种中，仅有不到10%的物种能够形成基于一夫一妻制的配对关系。随着时间的推移，通过选择性地寻找伴侣和与伴侣互动，夫妻关系得以维持和加强。大多数实验室啮齿动物包括大小鼠，都没有表现出这种行为。然而，在实行一夫一妻制的草原田鼠中，通过一项“伴侣偏好测试”可以很容易地评估配对关系，实验动物可以选择与一个配对的伴侣或新动物共度时光，用来检测动物在配对行为中的神经活动，以及在配对关系成熟时，动物行为学和神经活动是如何变化的。
伏隔核（Nucleus accumbens, NAc）作为大脑中编码高奖赏配对行为的区域，在奖赏和动机中起着关键作用。一项fMRI研究中提出，当参与者认为他们是与其伴侣而不是一个陌生的人牵手时，NAc中表现出显著增强的BOLD信号。在草原田鼠中，干扰NAc内的神经调节信号会破坏配对行为的形成，而随后的基因表达变化有助于维持配对行为的发生。
尽管有大量证据表明NAc在编码配对行为中起主要作用，但这一过程背后的神经元动力学以及它们如何随着配对的进展而变化尚不明晰。
图1. 一夫一妻制草原田鼠的体内Ca2+成像
研究通过对草原田鼠交配前和交配后NAc中进行体内Ca2+成像来展现配对行为的形成和成熟在大脑中是如何表现的。结果表明长期同居会导致更强烈的配对结合偏向，作者进一步提出这种配对结合偏好是否反映在NAc神经元活动的模式中的疑问。性幼稚的动物在交配前无偏好；在交配后短期测试中，动物对伴侣或新动物之间无显著偏好差异；而在长期测试中均表现出强烈的伴侣偏好行为（图1H-J）。
图2. 交配前后与伴侣和新异性动物之间的交互作用中的Ca2+活性强度
基于对人类神经影像学的研究，假设人与伴侣而非陌生人在一起时，能够观察到更全面的神经活动。出乎意料的是，在控制测试动物与每只动物互动的方式差异后，所有成像神经元的Ca2+事件发生率均无法预测测试动物是否与其伴侣或新个体互动。文中定义伴侣偏好测试中所有至少持续1秒的社交互动阶段为社交回合。NAc中对配对的编码不会通过整个群体的活动变化而发生。在研究两只性幼稚的新田鼠中，社交回合的持续时间没有差异；交配后，实验动物与伴侣的社交回合的持续时间比与新动物的更长（图2A）。与伴侣偏好的其他指标类似（图1H-J），随着同居和交配时间的延长，伴侣或新动物社交回合的持续时间差异变得更加显著（图2A）。在社交过程中，NAc有很强的激活，但在考虑了社交回合总次数和持续时间的差异后，在伴侣或新动物交往过程中的平均活动没有差异（图2E；p=0.061，χ2=10.535，df=5）。
图3. 配对成熟时，接近细胞的整体增加
接下来的问题是特定神经元亚群的活动是否可能编码成对结合的特征？研究使用了事件触发分析来识别神经元，计算每个细胞Ca2+瞬变后1秒间隔内测试动物和伴侣或新动物之间距离的中位数变化，将观察到的距离变化与一个通过随机打乱每个细胞在伴侣室和新动物室中的瞬态得到的空模型进行了比较（图3A）。其中，距离变化≥95%的细胞被指定为离开细胞，距离变化≤5%的细胞被指定为接近细胞（图3B）。研究提出进场集合的差异不太可能是由于未预期的变量造成的，因为这样的变量同样会影响进场和离场单元的识别。在初始时间点，伴侣和新的接近细胞没有差异，但在交配后出现差异，并在长期时间点变得明显。该结合的成熟可能导致伴侣途径和新途径在NAc中的表达方式发生变化（图3E；同伴认同的主要效应，F1,11=7.252；p=0.021）。相比之下，即使在相同的排列分析中识别出伴侣细胞和新的离开细胞，在任何时间点也没有观察到差异（图3F；同伴认同的主要效应，F1,11=1.106，p=0.316；交互F2,22=1.91，p=0.172）。此外，不同的方法组合对于识别和决定接近特定的个体可能是至关重要的，而当离开社会交互时，这种程度的专一性是不必要的。伴侣和新接近神经元的重叠并不比预期的更多（图3G；幼稚p=0.23；短期p=0.79；长期来看p=0.25），表明伴侣和新接近在单独的集成中是独立的；而伴侣和新离开细胞的重叠超过了偶然情况下的预期（幼稚p=0.004；短期p=0.014；长期p=0.019）。本研究发现了促成配对结合改变了大脑的神经基质，而伴侣整体NAc的Ca2+活性差异在草原田鼠的配对结合中并不显著。相反，成对结合的特定特征如接近伴侣而不是陌生人的优先愿望，可能编码在特定的神经元群中。伴侣接近神经元具有许多功能，使其成为编码配对结合方面的理想候选者，例如决定采用配对伴侣的决定。
首先，伴侣方法集合的扩展与伴侣偏好的出现密切相关。
其次，伴侣和新颖方法的集合是不重叠的，如果这些细胞包含有关正在接近的特定动物的信息，这是可以预期的。
最后，这些细胞中的大多数在进行前而不是进行中时具有Ca2+瞬变，表明它们有助于接近特定动物的决定。
综上所述，本研究确定了一个神经元群，其活动可以促进伴侣团聚，其扩展反映了结合的成熟，为一夫一妻制提供了一个关键的神经元机制。
编译作者：Роза（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
参考文献：
Jennifer L. Scribner, Eric A. Vance, David S. W. Protter, William M. Sheeran, Elliott Saslow, Ryan T. Cameron, Eric M. Klein, Jessica C. Jimenez, Mazen A. Kheirbek, Zoe R. Donaldson. A neuronal signature for monogamous reunion. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020. https://doi.org/10.1073/pnas.1917287117
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触觉是人体最重要的感知通道之一。除了感知温度、形状等基本功能以外，触觉在传递社会性和情绪信息等方面同样重要。特别是，触觉在巩固亲子关系、建立和发展爱情关系等方面可能发挥着不同于口语的重要作用。然而，以往大部分脑认知研究主要关注了视听知觉和抽象语言符号的重要作用，但是却少有涉及触觉的重要作用。特别是，随着现代生活节奏的加快和现代科技带来的生活方式的改变，人与人之间实际接触的机会越来越少，由此可能对亲密关系的建立和维系带来一些不确定的影响。因此，理解触觉交流如何促进亲密关系这一问题有重要的现实意义和科学价值。
2020年11月，神经科学重要杂志Cerebral Cortex在线发表了北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室卢春明课题组的研究论文《Interpersonal Neural Synchronization during Interpersonal Touch Underlies Affiliative Pair Bonding between Romantic Couples》,揭示了触觉交流促进情侣间亲密关系发展的脑间神经同步机制。论文第一作者龙宇航是国家重点实验室的在读博士生，研究兴趣是亲密社会关系下的社会交流与互动。
图1 实验设置和主要结果。(a)在拉手任务中，被试需要互相握住对方的手，并保持沉默和对视；在口语交流任务重，被试之间没有肢体接触，只是进行自由对话和对视。(b)光极放置在双侧额叶、颞叶和顶叶附近。结果发现，女性颞叶前部和男性颞顶联合区 (CH22-18)出现了显著的关系类型和交流方式的交互作用，即情侣拉手时的脑间同步显著高于口语交流，而朋友则是口语交流时的脑间同步显著高于拉手时。
该研究招募了22对情侣和22对异性朋友。每对情侣或异性朋友被试在实验过程中完成手拉手或者口语交流任务（图1a）。研究采用基于近红外光谱成像（fNIRS）的超扫描技术，同时测量了每组两名被试的脑功能活动。结果发现情侣在手拉手时脑功能活动更加同步，其同步水平显著高于口语交流时的同步水平；但是异性朋友组却出现了相反的模式，即口语交流时的脑活动同步显著高于拉手时的脑活动同步。并且，情侣间的脑同步与情侣间的亲密关系强度呈正相关。这些结果表明，不同类型的社会关系可能偏好不同类型的互动方式。传递模糊信息的触觉交流可能更适合亲密关系内的交流，而传递精确信息的口语可能更适合非亲密关系内的交流。
结果进一步发现，当男性和女性的脑活动出现2-4秒的时间差时（男性迟于女性），脑间同步达到最强，并与男性的情感共情能力显著相关，提示男性的情感共情能力使男性的脑活动能够更好的跟随女性的心理变化及其对应的脑活动，并调节拉手对亲密关系的促进作用。
图2 情侣脑间同步促进其亲密关系，男性的情感共情能力发挥调节作用。（a）脑同步与关系亲密度的相关，（b）调节模型，（c）调节模式。
该研究是卢春明课题组关于自然情景下语言交流与社会互动认知神经机制研究的一部分。该研究的结果也支持并进一步拓展了课题组近期提出的人际交流的认知神经层级模型（见 北师大卢春明组新综述：适用于人际间言语交流的认知神经层级模型），表明包括口语和肢体语言在内的不同感知通道的交流都有助于建立和发展社会关系，但是不同的交流方式分别适合于不同类型的社会关系。因此，本研究是对以往工作的重要补充和拓展。
该研究得到了国家自然科学基金（61977008，31622030）和万人计划青年拔尖人才项目的资助。
来源：北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室
文章链接：
Long Y, Zheng L, Zhao H, Zhou S, Zhai Y, Lu C. 2020. Interpersonal Neural Synchronization during Interpersonal Touch Underlies Affiliative Pair Bonding between Romantic Couples. Cerebral Cortex.https://academic.oup.com/cercor/advance-article/doi/10.1093/cercor/bhaa316/5954191?guestAccessKey=6b7366cc-21a0-443e-a5af-705a3d92071f
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浪漫爱情通常被认为是人类情感中最深刻、最有意义的情感之一，对人类的繁殖、发展、生存和进化起着重要作用。前人研究表明，浪漫爱情会影响人的情感、行为和认知。静息态和任务态功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)研究表明，浪漫爱情与大脑的奖励和动机系统的功能变化密切相关。但是，浪漫爱情与大脑的其他网络，如社会认知脑网络的关系研究甚少。邹枝玲教授团队研究论文在 Brain Imaging and Behavior（神经影像领域排名第五，5-Year IF:3.461）在线发表以来得到广泛关注，成为该期刊2020年12月（14卷第6期）的封面文章。
该研究运用当前比较流行的图论的分析方法，分析了32个单身个体和34个恋爱个体的脑网络拓扑差异。结果发现，恋爱个体大脑网络的小世界属性（图1）、平均聚类系数（图2）、模块化的程度（图3）更低，上述三个指标均与激情恋爱量表（PLS）得分成负相关，提示恋爱个体大脑网络的分化程度更低；恋爱个体大脑网络在左角回的度降低，且左角回的度与PLS得分呈负相关；在双侧梭状回的度升高，且双侧梭状回的聚类系数和局部效率与PLS得分呈正相关（图4）。角回涉及自我的抽象表征，它的度降低提示恋爱个体更少关注自我，而更多关注恋人。梭状回涉及面部和身体表征以及抽象表征的整合，它的度升高也许于恋爱个体要更多地在日常生活中进行社会认知-情绪加工有关，比如读取恋人的面部表情。
本研究结果揭示了恋爱个体在静息态fMRI下大脑网络拓扑属性的变化,将爱情的神经机制从奖赏相关网络扩展到社会认知相关网络，进一步揭示了与浪漫爱情有关的神经机制，为人们理解和追求浪漫爱情提供了新方向。西南大学心理学部的邹枝玲教授和陈红教授为论文共同通讯作者，第一作者为西南大学已毕业硕士研究生王川（目前在中科院心理研究所攻读博士学位）。本研究得到国家自然科学基金（31771237）和中央高校基础研究基金（#SWU1809006）的支持。
文章来源：Wang C, Song S, d'Oleire Uquillas F, Zilverstand A, Song H, Chen H, Zou Z. Altered brain network organization in romantic love as measured with resting-state fMRI and graph theory. Brain Imaging Behav. 2020 Jan 2. doi: 10.1007/s11682-019-00226-0. Epub ahead of print. PMID: 31898089.
来源 | 西南大学心理学部官网
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爱与信任，与这群脑细胞有关
催产素，不仅仅是“催产”
在大脑深部，我们的双眼后侧不远处，有个叫下丘脑的地方，那里有一群神经内分泌细胞，它们伸出一束束突起，通过一根纤细的柄与神经垂体相连。神经垂体作为这一群神经内分泌细胞的末端，接受来自大脑的命令，释放催产素（OXT）、抗利尿激素(AVP)等激素进入外周血管，到达靶向器官后调节着我们身体的生长发育、代谢生殖和内环境稳态。
图： 下丘脑大细胞性神经内分泌细胞的轴突直接延伸至垂体后叶，即神经垂体，构成下丘脑-神经垂体系统（HNS）
比如，抗利尿激素与我们能否正常排尿有关。它能促进肾脏多吸收水分而减少尿量。假如一个人的抗利尿激素分泌失调，就会尿频、口渴，乃至尿崩症。而催产素（OXT）就更有意思了，她不但在女性分娩时大量释放，而且还促进女性泌乳和母爱行为。男性也有催产素，它促进人与人之间的信任，让男性更善于社交，更富男性魅力。
本世纪初，科学家在美国中西部平原发现到动物界的模范夫妻——草原田鼠（Microtus ochrogaster），它们 “一夫一妻”相伴终生，并且父母完美搭配抚养后代。科学家认为，这与草原田鼠脑内富有更多的催产素受体有关。正因如此，催产素被人们视为“甜蜜激素”、“爱情激素”。
回到爱、忠诚与信任“出发”的地方——大脑深部的下丘脑-神经垂体系统（HNS）。高志华给本科生讲授“形态学基础”时，试图给学生展示该系统的全貌，但是翻遍资料，只有各种各样的示意图。“这一系统是脑调控外周重要的门户和通道，但却没有完整的、真实的结构图。”5年前，高志华产生了一个朴素的念头，“作为形态学的老师，我想把它真实的结构和形态展示出来。”
“点亮”大脑
神经垂体是一个容易被“遗忘”的角落。在获取大脑标本时，纤细的垂体柄很容易断裂导致垂体脱落，再加上技术的局限，一直没有完整的下丘脑-垂体的系统结构图。
最近几年，随着病毒示踪、大脑成像等新技术的发展迭代，为科学家揭开HNS的神秘面纱提供了可能。通过尝试，段树民院士与高志华研究团队选择了一种病毒示踪技术。一种经过改造的病毒，可以在神经细胞中循着轴突逆向上行，并沿途留下荧光标记，勾勒完整的神经元形态。
图：下丘脑-神经垂体系统的三维重构展示
研究人员在大鼠的神经垂体注入这种病毒，约两周之后，这群神经内分泌细胞的形态便徐徐显现，最终，整个HNS的形态便被展示出来。“HNS就像被点亮了一样。”高志华说，这是一种非常高效的神经示踪技术。团队继而与华中科技大学武汉光电国家研究中心龚辉教授团队合作，利用自主开发的荧光显微光学切片断层成像（fMOST）技术，对大鼠全脑进行成像并首次完成了HNS的高分辨率的三维重构。
相关论文发表于Neuron杂志。浙江大学脑科学与脑医学学院高志华教授和华中科技大学武汉光电国家研究中心李安安教授为本文的共同通讯作者，博士后张斌和博士研究生邱礼耀是论文共同第一作者，博士研究生肖薇参与了部分实验，并参与设计了文章的图文摘要。研究受国家重点研发项目，国家自然科学基金，广东省科技计划项目，中央高校基本科研业务费和中国博士后科学基金等资助。