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光刺激模拟社会竞争中的胜利者效应
  • 利用光遗传学加强中背侧丘脑—背内侧前额叶皮层(MDT-dmPFC) 这一神经环路,可模拟产生“胜利者效应”;
  • 这种胜利者效应能够从一种竞争迁移到其他类型的竞争中。

2021-05-14

胜利者和失败者

浙江大学求是高等研究院胡海岚团队在国际著名杂志《科学》(Science)上发表论文,第一次指出大脑 中背侧丘脑—背内侧前额叶皮层 这一神经环路介导“胜利者效应”(winner effect),即在社会竞争中,先前的胜利经历能提高后续胜利的概率。

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胜利者效应

在社会竞争中,先前的胜利经历能提高后续胜利的概率。

该团队以小鼠为模型,设计了钻管实验。让两只小鼠从一个狭长的透明管子两头进入,两只小鼠相遇之后会互相推挤,30秒内,总有一只小鼠会主动退出或被推出管子。相较于被推出管子的败者,在钻管实验中的胜者往往有更多的前推行为,在受到推挤时也会更多地采取反击、抵抗,而不是后撤。

团队经过72次钻管实验后,给每组4只体型相仿的小鼠进行了排名。

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管型社会支配实验(Tube Dominance Test)

俗称钻管实验,是用来测试动物(小鼠、大鼠)在社会群体中占据支配地位或受支配地位的一种动物行为学实验方法。通常状况下社会等级高的动物会占领透明管道,将正面过来的动物推出管道,从而体现出社会等级高的优越性。

图1. 录像记录编码小鼠的社会竞争行动

输赢决定的神经科学机制

此前,胡海岚团队在《科学》杂志发表的文章提出,大脑背内侧前额叶皮层dmPFC)的神经活动可以调节小鼠在竞争中的地位。为了探究在竞争中输赢决定的神经科学机制,在小鼠进行钻管比试时,研究人员进一步监测了背内侧前额叶皮层神经细胞的动态活动。

在小鼠消极后撤时,背内侧前额叶皮层的椎体神经元的活动没有变化,但当小鼠前推和抵抗时,该脑区的椎体神经元活动明显增强。

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锥体神经元

在中枢神经系统内,锥体神经元只存在于前脑的不同区域,被认为在认知功能中起着关键作用。锥体神经元有两组不同的树突,一组位于细胞体底部,另一组位于细胞体顶部。这些树突组称为基底树突和顶端树突,这是锥体神经元的基本结构,它可以根据细胞在中枢神经系统中的位置而变化。

图2. 背内侧前额叶(dmPFC)的神经活动与积极竞争行为相关

这显示背内侧前额叶皮层的活化与积极支配行为相关,但是否该脑区的激活程度可以影响这些行为的产生呢?

为了回答这一问题,研究人员首先用药理遗传学手段降低小鼠该脑区细胞活动。结果发现,小鼠的前推行为显著减少,导致等级地位降低。

图3. 注射CNO后原先排名高的小鼠排名下降

接着,研究人员利用光遗传学的方法激活dmPFC脑区的细胞活动。结果小鼠的主动前推动作明显增多,原先低等级小鼠可以战胜原先高等级的对手,实现“逆袭”。

图4. 使用光调控后原先排名低的小鼠排名上升

胜利者效应

能够维持胜绩的小鼠之前有至少6次以上被光诱导而战胜对手的经历,而光照小于5次的小鼠大部分都恢复了原先的劣势地位。这种先前胜负经历影响后续比赛输赢的现象恰恰体现了心理学中的胜利者效应

与此同时,研究人员观测到重复的胜利经历令大脑中背侧丘脑—背内侧前额叶皮层的神经环路突触连接显著增强。

这是一种巧合吗?

如果利用刺激手段增强这一突触连接,是否即使没有过往的胜利经验,也能引发类似的效应呢?

实验结果给出了肯定的回答。通过在这一突触诱发长时程增强作用(LTP),足以让小鼠长时间在竞争中更加愿意付出积极的努力,从而提升等级地位。

 

社会竞争的方式多种多样,那么在钻管实验中的胜利能否让小鼠在其他社会竞争中也获得“胜利者效应”呢?

为了探索这一问题,研究人员把小鼠们放入一个仅有一角温暖(34°C)的冰冷平面(0°C),如果小鼠能够在有竞争对手时更长时间占据温暖的角落,就排名更高。结果在钻管实验中逆袭的小鼠,在温暖角落竞争中的排名也显著上升。由此可见这种胜利者效应能够从一种竞争迁移到其他类型的竞争中。

图5. 可迁移的胜利者效应

这项研究是社会神经学领域的又一重大发现,为主导意识缺乏或过度的人格障碍、心理失调等提供了治疗思路,并且为在竞赛中提高选手成绩的认知训练提供了理论依据。

相关文献:

Zhou, T., Zhu, H., Fan, Z., Wang, F., Chen, Y., Liang, H., Yang, Z., Zhang, L., Lin, L., Zhan, Y., Wang, Z., & Hu, H. (2017). History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance. Science, 357(6347), 162–168. https://doi.org/10.1126/science.aak9726

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