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Cell子刊:社會隔離會影響大腦基因表達,破壞大腦發(fā)育
社會性動物(social animals)依靠與同種動物的互動來生存,個體作為群體的一部分而活動。我們常見的螞蟻、蜜蜂就是典型的社會性動物,我們?nèi)祟愖约阂彩巧鐣詣游?。作為社會性動物,如果個體與社會群體隔離,則會對個體的健康、壽命和生存產(chǎn)生不利影響。

在敏感的發(fā)育時期,社會隔離對個體產(chǎn)生的影響甚至更為深遠,例如在生命早期,此時的社會隔離可能強烈影響個人的“社交能力”,即根據(jù)社會環(huán)境變化調(diào)整行為的能力。這可能導致較差的發(fā)育或健康結(jié)果。例如,老鼠、魚、蒼蠅、蟋蟀等的社會隔離會增加它們的攻擊性。

近日,普林斯頓大學 Sarah Kocher 團隊(第一作者王燕,現(xiàn)為華盛頓大學助理教授) Cell 子刊 Current Biology 發(fā)表了題為:Isolation disrupts social interactions and destabilizes brain development in bumblebees 的研究論文。

這項研究發(fā)現(xiàn),社會隔離會擾亂將來的社交互動,影響大腦基因表達,破壞大腦發(fā)育。


越來越多的研究表明,社會隔離會影響蜜蜂、螞蟻等社會性動物的行為和生理。在這篇論文中,研究團隊對熊蜂(bumblebee,一種體型粗壯的蜜蜂)進行了研究,以揭示社會隔離對社會性動物的個體、社會行為、基因表達和大腦發(fā)育的影響。

熊蜂生活在由大約100至20個工蜂和一個蜂王組成的社會群體中,在群體內(nèi),熊蜂個體在行為上表現(xiàn)出一致的差異,這些差異隨著時間和環(huán)境的變化而穩(wěn)定。這些行為譜系是在成年后的前1-2周通過個體之間的成對和空間相互作用建立的。在這一時期,熊蜂的大腦在迅速發(fā)育。

熊蜂(bumblebee)

為了確定社會隔離是否會影響它們的社會行為,以及如何影響它們的社會行為,研究團隊在生命早期發(fā)育階段通過實驗改變了它們所處的社會環(huán)境,然后單獨或與社會伙伴配對來分析熊蜂個體的行為。

研究團隊收集了尚未羽化的幼年熊蜂工蜂,并將它們分配到三種不同的環(huán)境中,與外部的聽覺、視覺和氣味隔離開,分別是:

隔離環(huán)境(isolation):單獨一只熊蜂被隔離;
集體環(huán)境(group-housed):4只熊蜂一起被安置在群體環(huán)境之外;
群體環(huán)境(colony-housed):熊蜂個體被安置在正常的群體環(huán)境中。

在上述環(huán)境中,這些熊蜂被連續(xù)飼養(yǎng)9天。被單獨隔離的熊蜂是在完全沒有社會經(jīng)驗的情況下被飼養(yǎng),而集體環(huán)境和群體環(huán)境中的熊蜂則經(jīng)歷了不同程度的社會化。在羽化后第10天,對它們進行行為分析,并收集組織用于下游分析(基因表達和大腦發(fā)育形態(tài))。

首先,行為分析顯示,這三種不同環(huán)境下的熊蜂的個體,在獨自狀態(tài)下,會表現(xiàn)出不同的個體行為特征。然后,將它們各自與其他熊蜂配對,結(jié)果顯示,在集體環(huán)境和群體環(huán)境中發(fā)育的熊蜂表現(xiàn)出相似的行為,而在隔離狀態(tài)下發(fā)育的熊蜂表現(xiàn)出更多的社會互動,它們與配對的熊蜂產(chǎn)生了更多的近距離接觸。


為了確定這些差異的神經(jīng)生物學相關(guān)性,研究團隊進一步檢測了它們的大腦中的基因表達情況,以及關(guān)鍵大腦區(qū)域的體積。

檢測分析結(jié)果顯示,社會隔離擾亂了熊蜂的神經(jīng)基因組表達,隔離環(huán)境下發(fā)育的熊蜂與集體環(huán)境下發(fā)育的熊蜂相比,存在27個基因表達的顯著差異,隔離環(huán)境下發(fā)育的熊蜂與群體環(huán)境下發(fā)育的熊蜂相比,存在94個基因表達的顯著差異。而集體環(huán)境下發(fā)育熊蜂與群體環(huán)境下發(fā)育的熊蜂則沒有基因表達的顯著差異。


鑒于社會隔離對大腦基因表達產(chǎn)生了廣泛影響,研究團隊接下來檢測了社會隔離是否影響了大腦發(fā)育,通過共聚焦成像建立了熊蜂的帶注釋的大腦模板。結(jié)果顯示,隔離環(huán)境、集體環(huán)境和群體環(huán)境下發(fā)育的熊蜂,它們大腦各區(qū)域的平均體積是相似的,其中集體環(huán)境和群體環(huán)境下發(fā)育的熊蜂不同個體間的大腦區(qū)域體積很相似,同質(zhì)性很高。而隔離環(huán)境下發(fā)育的熊蜂不同個體間的大腦區(qū)域體積存在很大差異,具有明顯異質(zhì)性。這表明,社會隔離確實破壞了熊蜂的大腦發(fā)育,社會隔離環(huán)境中的熊蜂的大腦發(fā)育軌跡不穩(wěn)定且隨機。


總的來說,這項研究發(fā)現(xiàn),社會隔離會增加社交互動,并影響大腦基因表達,破壞大腦發(fā)育。該研究還發(fā)現(xiàn),在小群體環(huán)境中有限的社會經(jīng)驗,也足以維持大腦發(fā)育和社會行為。

Z. Yan Wang

Z. Yan Wang 在推特上表示,這項關(guān)于社會隔離對行為和大腦影響的工作在 Current Biology 發(fā)表,是自己在普林斯頓大學博士后生涯的一個很好的結(jié)束。目前,她是華盛頓大學心理學和生物學助理教授,此前,她分別在康奈爾大學和芝加哥大學獲得生物學本科學位和神經(jīng)生物學博士學位,并在普林斯頓大學進行了博士后訓練。

相關(guān)閱讀

2020年8月31日,美國西奈山伊坎醫(yī)學院的研究人員在 Nature Neuroscience 期刊發(fā)表了題為:A prefrontal–paraventricular thalamus circuit requires juvenile social experience to regulate adult sociability in mice 的研究論文。

大腦前額葉皮層是調(diào)節(jié)社交行為的關(guān)鍵部分,這項在小鼠上進行的研究,確認了前額葉皮層中特定的腦細胞亞群是成年后正常社會行為所必需的,而這些細胞亞群對少年時期的社會隔離非常脆弱。而通過刺激成年期區(qū)域的定前額葉回路,能夠挽救少年時期因社會隔離所造成的社會能力不足,這為治療社會行為缺陷帶來了有希望的新靶標。


孤獨會對心理健康產(chǎn)生嚴重威脅,在網(wǎng)絡(luò)信息如此發(fā)達的時代,我們與世界的聯(lián)系本應(yīng)變得越來越緊密,然而,年輕人卻感到越來越孤獨。

近幾年的新冠大流行,讓許多地方不得不進行社會隔離、學校停課、單位放假,許多人不得不待在家里,這種社會隔離的狀態(tài)也增加了對理解社會隔離對心理健康和大腦發(fā)育影響的需求。已經(jīng)有不少研究顯示,新冠期間的社會隔離顯著增加抑郁的發(fā)病率和癥狀程度。而社會隔離對處于大腦發(fā)育關(guān)鍵時刻的青少年來說是否有影響,是一個值得探索的方向。

論文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.04.066
https://www.nature.com/articles/s41593-020-0695-6
https://twitter.com/ZYanWang/status/1526593832216932352
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