NATURE:Inscopix成像下丘脑不同亚群揭示小鼠对同性或异性的攀爬行为
加州理工大学、HHMI研究院神经科学家David J. Anderson研究团队于2020年12月2日在NATURE上发表论文“Distinct hypothalamic control of same- and opposite-sex mounting behaviour in mice”，通过使用滔博生物-Inscopix自由活动钙成像显微镜发现下丘脑的不同区域调控同性和异性小鼠的攀爬行为。
摘要
看上去相似的动物行为却可以在不同的背景下表达不同的意图，但这种灵活性是如何在神经环路水平上实现的目前还不清楚。例如，许多物种的雄性可以表现出对同性或异性的相同行为，但目前还不清楚这些行为的意图和神经编码是相似的还是不同的。
Anderson研究团队发现实验室雄性小鼠对雌性和雄性的攀爬行为可以通过是否存在超声发声（USV）来区分。这些和更多的行为数据表明，大多数雄性主导的攀爬是攻击性的，尽管在极少数情况下可能是性行为。研究人员调查了USV+和USV-攀爬是否使用相同或不同的下丘脑神经基质。通过使用Inscopix自由行为显微钙成像方法观察内侧视前区（MPOA）或腹内侧下丘脑腹侧细分（VMHvl）中ESR1阳性神经元，发现在小鼠活动中可以解码出在USV+和USV-攀爬过程中神经元活动的独特模式。交叉光遗传刺激表达ESR1和囊状GABA转运蛋白（VGAT）的MPOA神经元，可促进USV+攀爬，并将雄性的定向攻击转换为USV攀爬。
相比之下，刺激表达ESR1的VMHv1神经元会促进USV-攀爬行为，并抑制由雌性诱发的USV攀爬。
末端刺激实验表明，这种互补的抑制效应是由MPOA和VMHvl之间的相互投射介导的。综上所述，这些数据确定了一个下丘脑亚群，该亚群在遗传上富含诱导雄性生殖行为状态的神经元，其可分为由MPOAESR1调控的生殖神经元亚群和由VMHvlESR1调控的侵袭神经元亚群。因此，不同的下丘脑神经元群体编码了表达不同内部状态的相似行为。
正文
为了研究小鼠的雌性和雄性导向的攀爬是否可以在行为上被区分，研究人员首先尝试训练一个基于机器学习的分类器来区分这两种情况下的攀爬(图1a)。使用攀爬次数的姿势特征训练的分类器的性能略好于机会(63%)(图1b，c)。然而，当使用在-3s和1s之间提取的相对于攀爬初始时(t=0)的特征进行训练时，分类器性能提高到78%。这表明，相关行为的特征--而不是攀爬本身--区分了同性和异性导向的攀爬。
因此，研究人员需要进一步了解哪些相关行为能区分雄性小鼠与雌性小鼠之间的攀爬。录音显示，雌性导向的攀爬总是伴随着USVs(图1e，f，h，k)，而大多数雄性导向的攀爬则没有(图1e-g，k)。此外，雌性导向的攀爬通常之后是骨盆运动和干涉(图1h，l)，而雄性导向的攀爬之后通常是攻击(图1g，m)。在开始的社交接触中，当小鼠缺乏社交经验时(图1g，i，j)，雄性导向的USV−攀爬更频繁，随着小鼠获得攻击性经验(图1n，o中的第2天和第3天)是，USV-攀爬减少。这些数据表明，在这种小鼠品系中，大多数自然发生的雌性和雄性导向攀爬的案例分别反映了潜在的性动机状态和攻击动机状态。
图1 雌性和雄性导向的攀爬时截然不同的雄性社会行为
下丘脑是如何对这两种形式的攀爬进行编码的呢？
原则上，雌性和雄性导向攀爬可以反映行为特异性神经元的存在；这些神经元要么是常见的，要么是不同的；另一种情况是，这两种攀爬行为反映了一种更普遍的内在攻击和性状态的编码。在MPOA和VMHvl中的ESR1+神经元之前被认为与雄性攀爬有关。为了直接比较同一小鼠在雌性和雄性导向攀爬期间这两个群体的活动，研究人员使用光纤记录同时对MPOAESR1和VMHvlESR1神经元进行了钙信号测量(图2a，b)。在USV+攀爬期间，前一个区域的活动相对较高，而在USV−攀爬期间，后一个区域的活动呈上升趋势(图2c，d)。研究人员在雌性和雄性导向的社会行为的其他阶段也观察到了类似的关系。
值得注意的是，在10只雄性小鼠中，有2只(629号和634号)在雄性导向攀爬期间的活动类似于通常在雌性导向攀爬期间观察到的活动——即MPOAESR1中的活动相对高于VMHvlESR1神经元中的活动。此外，在这两种情况下，雄性导向攀爬都伴随着USV。这些罕见的例子可能反映了错误的性别识别和/或男性导向的从属(即双性)行为，并表明这些核团的神经反应不单单是入侵者性别的感官表征。
在性(USV+)和攻击(USV−)攀爬过程中，每个核团中大量ESR1+神经元活动的数量差异(图2d)可能反映了相同神经元活性或ESR1+神经元不同亚群的激活的差异。
图2a-d 对MPOAESR1和VMHvlESR1神经元进行了钙信号测量
为了区分这些替代方案，研究人员使用Inscopix头戴式自由活动显微钙成像系统，在行为自由的小鼠的MPOA或VMHvl6中对ESR1+神经元进行了单细胞分辨率钙成像(图2e)。这项技术是应用在社会行为过程中MPOA活动的单细胞分辨率成像。
图2e Inscopix头戴式自由活动显微钙成像
在MPOA中(在VMHvl中也一样)，研究人员观察到不同的ESR1+神经元群体在雌性和雄性导向的社会互动中做出反应(图2f)。然而，在MPOA中，偏爱雌性的神经元数量是偏爱雄性的神经元的两倍(18%比9%)(图2g左)，而在VMHvl中的比例相反(12%比29%)(图2g右)。在这两种结构中，群体活动的大部分差异是由入侵者的性别(30-52%)(图2h中的灰色条)诠释的，尽管在MPOA中，由行为(57%)(图2h中的粉色和蓝色条)解释的差异比在VMHv1中(约37%)的情况更高。
图2f-h 在MPOAESR1和VMHvlESR1神经元在雌性和雄性导向的社会互动中的不同神经表现
为了进一步研究神经活动和行为之间的关系，研究人员对同步采集的视频记录中的行为进行了逐帧标记。MPOA和VMHv1都包含不同的神经元群体，分别在USV+和USV−攀爬开始时激活(图2i，j)。总体而言，在MPOA(R2=0.61-0.71)和VMHv1(R2=0.77-0.88)中，对于给定性别的入侵者，每个细胞在攀爬和嗅探期间的相对活动都高度相关，但在不同性别之间相关性较差。一小部分神经元在攀爬过程中优先激活(超过2σ)，但不进行嗅探。这表明，在USV−攀爬过程中观察到的活动不仅反映了入侵者的性别(这也有助于嗅探过程中神经元的激活)，而且至少有一些神经元在USV−攀爬行为中被选择性地激活。然而，在两种行为中做出反应的神经元比那些只在一种行为中做出反应的数量更多、激活程度更强。
为了进一步研究行为反应的特异性，研究人员计算了每个神经元选择攀爬(USV−或USV+)与探索(嗅探)的概率。神经元的选择概率表明，在神经元活动的每个带标记的帧期间，神经元的活动能在多大程度上准确地预测是在进行攀爬还是探索。在VMHv1和MPOA中，3-11%的ESR1+神经元对性（USV+）或攻击（USV-）攀爬超过了0.7的选择概率（相对于探索），这高于无序行为标记(超过2σ)(图2k，l)。这证实了这两个神经核团都含有一些神经元是与入侵者的性别无关的细胞，它们被调整为可以攀爬的神经元。这些神经元似乎处于攀爬和探索的相对“调优”的连续的两端。然而，在MPOA和VMHv1中，通过选择概率分析发现，USV+攀爬神经元和USV−攀爬神经元之间的重叠很小(图2m，n)。同样，在这两种神经核中，对于两种类型的攀爬过程中优先激活的Es1+亚群(超过2σ)在很大程度上是不同的(图2o，p，s，t中的着色点)。因此，线性解码器--一种基于支持向量机学习算法的二进制分类器--可以被训练成根据两个核团中神经元活动的模式区分这两种类型的攀爬，准确率为70%-80%(图2q，r，u，v)。然而，解码器的性能可能反映了入侵者的性别以及攀爬类型的编码，因为两者高度相关。
图2i-v 在MPOAESR1和VMHvlESR1神经元中，USV+和USV-的不同神经表现
接下来，研究人员研究了MPOA和VMHvl在性行为和攻击行为中各自的因果作用。虽然电刺激MPOA可以促进雄性攀爬，却可以观察到激活MPOAESR1神经元(图3c，d中的紫条)对攀爬的促进作用微弱且低效，这证实了之前的一项研究。由于MPOAESR1神经元由大约80%的GABA能神经元和大约20%的谷氨酸能神经元组成，而且由于配对诱导的Fos在视前抑制性神经元中的表达强于兴奋性神经元，研究人员推测交叉靶向ESR1+GABA能神经元可能丰富了促进雄性性行为的MPOA神经元。
事实上，使用光遗传激活Esr1flp Vgatcre(Vgat也被称为SLC32a1)小鼠(图3a，b)的MPOAESR1∩VGAT神经元，有效地促进了对雄性入侵者的探索和攀爬，相对于使用Esr1cre小鼠(图3c，d中的蓝色)的刺激强度低一个数量级(0.5-1.5 mW)。重要的是，刺激MPOAESR1∩VGAT神经元会导致USV+同时朝向雄性和雌性入侵者(图3e-h)，以及一些无生命物体。光遗传刺激也在孤独的雄性小鼠中诱导了USV(图3l)，这证实了发声不是伴随攀爬的，也不是入侵者发出的。光遗传诱发的USV与暴露在雌性小鼠或雌性尿液中的雄性小鼠自然发出的USV显示出相似的音节模式和声学特征。值得注意的是，MPOAESR1∩VGAT神经元的激活也迅速中断了正在进行的攻击，并将其转换为男性导向的USV+攀爬(图3i-k)。此外，在雌性小鼠中MPOAESR1∩GAT神经元的激活，引起了雄性典型的USV+对雄性小鼠和无生命物体的攀爬行为。因此，MPOAESR1∩VGAT神经元的激活在雄性和雌性小鼠中都触发了一种雄性典型的攀爬行为程序，与目标身份无关。在独居的雄性小鼠中，MPOAESR1神经元的抑制减弱了由雌性尿液诱发的USVs(图3m-o)，这表明这些神经元对于这种发声以及攀爬是必要的，就像之前报道和这里证实的那样。
图3 MPOAESR1∩VGAT神经元控制雄性性行为
弱的光遗传刺激VMHvlESR1神经元可以促进攀爬，而强刺激则促进攻击。然而，目前还不清楚这种攀爬是有性导向的(USV+)还是攻击性的(USV-)。录音表明，弱的VMHvlESR1激活促进了对雌性和被阉割的雄性入侵者的USV−攀爬和攻击(图4a-k)。这些结果表明，由VMHvlESR1神经元激活引起的攀爬表现了一种低强度的攻击行为。然而，VMHvlESR1神经元的抑制强烈地抑制了自发的雌性定向(性)攀爬，证实并扩大了先前关于弱抑制效应的报道。对USV+和USV−攀爬的VMHvlESR1神经元增减和功能缺失操纵的差异效应可能反映了对不同的雌性和雄性反应亚群的影响。
重要的是，VMHvlESR1刺激不仅没有引起USVs，反而强烈地抑制了雌性入侵者或尿液引起的USVs(图4l-n)。因此，需要知道这种抑制效应是在哪里发挥的。VMHvlESR1神经元强烈投射到MPOA。对MPOA中VMHvlESR1终末的光遗传刺激强烈地抑制了雌性尿液诱发的USVs(图4o-q)，以及雌性导向的攀爬(图4r)。由于VMHvlESR1神经元主要是兴奋性的，这种抑制作用可能是通过MPOA中的局部中间神经元间接发生的(图4u)。然而，并不能排除通过脉冲的反向传播激活并行目标。相反，光遗传刺激VMHvl中MPOAESR1∩VGAT终末强烈抑制攻击性(图4s，t)。因此，MPOA投射的VMHvlESR1(ESR1VMHv1→MPOA)和VMHv1投射的MPOAESR1∩VGAT(ESR1∩VGATMPOA→VMHv1)神经元的激活分别抑制了雌性导向的攀爬和雄性的攻击，这意味着一个先前提出的相互抑制的环路动机(图4u)。
图4 VMHvlESR1神经元可以促进攻击性攀爬并抑制USV的产生
研究人员已经研究了下丘脑是如何控制雄性对同性和异性导向的攀爬。发现，这两种形式的攀爬是不同的行为，由不同的下丘脑细胞群控制。单个神经元的成像实验显示了相对罕见的USV+或USV−攀爬选择性细胞群；大多数MPOAESR1和VMHvlESR1神经元对特定性别的入侵者表现出多种社会行为的混合选择性。这些数据表明，这两个主要神经元亚群分别主要控制繁殖和攻击状态，这解释了光遗传刺激的显性行为效应。然而，与VMHvl一样，MPOA也包含一小部分神经元(约9%)(图2g)，这些神经元在相反的状态下被选择性地激活。在VMHvl的情况下，似乎雌性偏好神经元是交配行为所必需的。在MPOA的情况下，雄性偏好的ESR1+亚群可以间接促进攻击性，也可以在战斗中抑制不断增加的攻击性。研究数据表明，攻击性和生殖(性)状态是由分布在下丘脑多个核团中的异质细胞群所影响的。表面上相似的运动动作可以由不同的神经亚群控制，这些神经亚群在下丘脑水平上编码相反的动机状态。
参考文献：
Tomomi Karigo, David J. Anderson et al., Distinct hypothalamic control of same- and opposite-sex mounting behaviour in mice, Nature(2020)
关于滔博生物
滔博生物TOP-Bright是一家集研发、生产、销售于一体的的高科技企业。我司专注于神经科学产品的研究且致力于向高校、科研机构等领域提供实验室一体化方案，业务范围遍布全国上百家实验室。公司主营产品均为享誉全球的国际品牌, 这些仪器设备都是科学研究所必备且不可替代的。
目前公司主营产品是享誉全球的国际一线领导品牌，主要有：Inscopix自由活动超微显微成像系统，Bruker多光子显微镜，功能神经外科电生理平台，动物行为系统（自身给药、条件恐惧、斯金纳、睡眠剥夺、经典迷宫等），PiezoSleep无创睡眠检测系统，NeuroNexus神经电极，电生理信号采集系统，膜片钳系统，双光子显微镜等。这些仪器设备都是科学研究所必备且不可替代的基础仪器之一。
成像平台：
1.Inscopix自由活动超微显微成像系统
摘要
看上去相似的动物行为却可以在不同的背景下表达不同的意图，但这种灵活性是如何在神经环路水平上实现的目前还不清楚。例如，许多物种的雄性可以表现出对同性或异性的相同行为，但目前还不清楚这些行为的意图和神经编码是相似的还是不同的。
Anderson研究团队发现实验室雄性小鼠对雌性和雄性的攀爬行为可以通过是否存在超声发声（USV）来区分。这些和更多的行为数据表明，大多数雄性主导的攀爬是攻击性的，尽管在极少数情况下可能是性行为。研究人员调查了USV+和USV-攀爬是否使用相同或不同的下丘脑神经基质。通过使用Inscopix自由行为显微钙成像方法观察内侧视前区（MPOA）或腹内侧下丘脑腹侧细分（VMHvl）中ESR1阳性神经元，发现在小鼠活动中可以解码出在USV+和USV-攀爬过程中神经元活动的独特模式。交叉光遗传刺激表达ESR1和囊状GABA转运蛋白（VGAT）的MPOA神经元，可促进USV+攀爬，并将雄性的定向攻击转换为USV攀爬。
相比之下，刺激表达ESR1的VMHv1神经元会促进USV-攀爬行为，并抑制由雌性诱发的USV攀爬。
末端刺激实验表明，这种互补的抑制效应是由MPOA和VMHvl之间的相互投射介导的。综上所述，这些数据确定了一个下丘脑亚群，该亚群在遗传上富含诱导雄性生殖行为状态的神经元，其可分为由MPOAESR1调控的生殖神经元亚群和由VMHvlESR1调控的侵袭神经元亚群。因此，不同的下丘脑神经元群体编码了表达不同内部状态的相似行为。
正文
为了研究小鼠的雌性和雄性导向的攀爬是否可以在行为上被区分，研究人员首先尝试训练一个基于机器学习的分类器来区分这两种情况下的攀爬(图1a)。使用攀爬次数的姿势特征训练的分类器的性能略好于机会(63%)(图1b，c)。然而，当使用在-3s和1s之间提取的相对于攀爬初始时(t=0)的特征进行训练时，分类器性能提高到78%。这表明，相关行为的特征--而不是攀爬本身--区分了同性和异性导向的攀爬。
因此，研究人员需要进一步了解哪些相关行为能区分雄性小鼠与雌性小鼠之间的攀爬。录音显示，雌性导向的攀爬总是伴随着USVs(图1e，f，h，k)，而大多数雄性导向的攀爬则没有(图1e-g，k)。此外，雌性导向的攀爬通常之后是骨盆运动和干涉(图1h，l)，而雄性导向的攀爬之后通常是攻击(图1g，m)。在开始的社交接触中，当小鼠缺乏社交经验时(图1g，i，j)，雄性导向的USV−攀爬更频繁，随着小鼠获得攻击性经验(图1n，o中的第2天和第3天)是，USV-攀爬减少。这些数据表明，在这种小鼠品系中，大多数自然发生的雌性和雄性导向攀爬的案例分别反映了潜在的性动机状态和攻击动机状态。
图1 雌性和雄性导向的攀爬时截然不同的雄性社会行为
下丘脑是如何对这两种形式的攀爬进行编码的呢？
原则上，雌性和雄性导向攀爬可以反映行为特异性神经元的存在；这些神经元要么是常见的，要么是不同的；另一种情况是，这两种攀爬行为反映了一种更普遍的内在攻击和性状态的编码。在MPOA和VMHvl中的ESR1+神经元之前被认为与雄性攀爬有关。为了直接比较同一小鼠在雌性和雄性导向攀爬期间这两个群体的活动，研究人员使用光纤记录同时对MPOAESR1和VMHvlESR1神经元进行了钙信号测量(图2a，b)。在USV+攀爬期间，前一个区域的活动相对较高，而在USV−攀爬期间，后一个区域的活动呈上升趋势(图2c，d)。研究人员在雌性和雄性导向的社会行为的其他阶段也观察到了类似的关系。
值得注意的是，在10只雄性小鼠中，有2只(629号和634号)在雄性导向攀爬期间的活动类似于通常在雌性导向攀爬期间观察到的活动——即MPOAESR1中的活动相对高于VMHvlESR1神经元中的活动。此外，在这两种情况下，雄性导向攀爬都伴随着USV。这些罕见的例子可能反映了错误的性别识别和/或男性导向的从属(即双性)行为，并表明这些核团的神经反应不单单是入侵者性别的感官表征。
在性(USV+)和攻击(USV−)攀爬过程中，每个核团中大量ESR1+神经元活动的数量差异(图2d)可能反映了相同神经元活性或ESR1+神经元不同亚群的激活的差异。
图2a-d 对MPOAESR1和VMHvlESR1神经元进行了钙信号测量
为了区分这些替代方案，研究人员使用Inscopix头戴式自由活动显微钙成像系统，在行为自由的小鼠的MPOA或VMHvl6中对ESR1+神经元进行了单细胞分辨率钙成像(图2e)。这项技术是应用在社会行为过程中MPOA活动的单细胞分辨率成像。
图2e Inscopix头戴式自由活动显微钙成像
在MPOA中(在VMHvl中也一样)，研究人员观察到不同的ESR1+神经元群体在雌性和雄性导向的社会互动中做出反应(图2f)。然而，在MPOA中，偏爱雌性的神经元数量是偏爱雄性的神经元的两倍(18%比9%)(图2g左)，而在VMHvl中的比例相反(12%比29%)(图2g右)。在这两种结构中，群体活动的大部分差异是由入侵者的性别(30-52%)(图2h中的灰色条)诠释的，尽管在MPOA中，由行为(57%)(图2h中的粉色和蓝色条)解释的差异比在VMHv1中(约37%)的情况更高。
图2f-h 在MPOAESR1和VMHvlESR1神经元在雌性和雄性导向的社会互动中的不同神经表现
为了进一步研究神经活动和行为之间的关系，研究人员对同步采集的视频记录中的行为进行了逐帧标记。MPOA和VMHv1都包含不同的神经元群体，分别在USV+和USV−攀爬开始时激活(图2i，j)。总体而言，在MPOA(R2=0.61-0.71)和VMHv1(R2=0.77-0.88)中，对于给定性别的入侵者，每个细胞在攀爬和嗅探期间的相对活动都高度相关，但在不同性别之间相关性较差。一小部分神经元在攀爬过程中优先激活(超过2σ)，但不进行嗅探。这表明，在USV−攀爬过程中观察到的活动不仅反映了入侵者的性别(这也有助于嗅探过程中神经元的激活)，而且至少有一些神经元在USV−攀爬行为中被选择性地激活。然而，在两种行为中做出反应的神经元比那些只在一种行为中做出反应的数量更多、激活程度更强。
为了进一步研究行为反应的特异性，研究人员计算了每个神经元选择攀爬(USV−或USV+)与探索(嗅探)的概率。神经元的选择概率表明，在神经元活动的每个带标记的帧期间，神经元的活动能在多大程度上准确地预测是在进行攀爬还是探索。在VMHv1和MPOA中，3-11%的ESR1+神经元对性（USV+）或攻击（USV-）攀爬超过了0.7的选择概率（相对于探索），这高于无序行为标记(超过2σ)(图2k，l)。这证实了这两个神经核团都含有一些神经元是与入侵者的性别无关的细胞，它们被调整为可以攀爬的神经元。这些神经元似乎处于攀爬和探索的相对“调优”的连续的两端。然而，在MPOA和VMHv1中，通过选择概率分析发现，USV+攀爬神经元和USV−攀爬神经元之间的重叠很小(图2m，n)。同样，在这两种神经核中，对于两种类型的攀爬过程中优先激活的Es1+亚群(超过2σ)在很大程度上是不同的(图2o，p，s，t中的着色点)。因此，线性解码器--一种基于支持向量机学习算法的二进制分类器--可以被训练成根据两个核团中神经元活动的模式区分这两种类型的攀爬，准确率为70%-80%(图2q，r，u，v)。然而，解码器的性能可能反映了入侵者的性别以及攀爬类型的编码，因为两者高度相关。
图2i-v 在MPOAESR1和VMHvlESR1神经元中，USV+和USV-的不同神经表现
接下来，研究人员研究了MPOA和VMHvl在性行为和攻击行为中各自的因果作用。虽然电刺激MPOA可以促进雄性攀爬，却可以观察到激活MPOAESR1神经元(图3c，d中的紫条)对攀爬的促进作用微弱且低效，这证实了之前的一项研究。由于MPOAESR1神经元由大约80%的GABA能神经元和大约20%的谷氨酸能神经元组成，而且由于配对诱导的Fos在视前抑制性神经元中的表达强于兴奋性神经元，研究人员推测交叉靶向ESR1+GABA能神经元可能丰富了促进雄性性行为的MPOA神经元。
事实上，使用光遗传激活Esr1flp Vgatcre(Vgat也被称为SLC32a1)小鼠(图3a，b)的MPOAESR1∩VGAT神经元，有效地促进了对雄性入侵者的探索和攀爬，相对于使用Esr1cre小鼠(图3c，d中的蓝色)的刺激强度低一个数量级(0.5-1.5 mW)。重要的是，刺激MPOAESR1∩VGAT神经元会导致USV+同时朝向雄性和雌性入侵者(图3e-h)，以及一些无生命物体。光遗传刺激也在孤独的雄性小鼠中诱导了USV(图3l)，这证实了发声不是伴随攀爬的，也不是入侵者发出的。光遗传诱发的USV与暴露在雌性小鼠或雌性尿液中的雄性小鼠自然发出的USV显示出相似的音节模式和声学特征。值得注意的是，MPOAESR1∩VGAT神经元的激活也迅速中断了正在进行的攻击，并将其转换为男性导向的USV+攀爬(图3i-k)。此外，在雌性小鼠中MPOAESR1∩GAT神经元的激活，引起了雄性典型的USV+对雄性小鼠和无生命物体的攀爬行为。因此，MPOAESR1∩VGAT神经元的激活在雄性和雌性小鼠中都触发了一种雄性典型的攀爬行为程序，与目标身份无关。在独居的雄性小鼠中，MPOAESR1神经元的抑制减弱了由雌性尿液诱发的USVs(图3m-o)，这表明这些神经元对于这种发声以及攀爬是必要的，就像之前报道和这里证实的那样。
图3 MPOAESR1∩VGAT神经元控制雄性性行为
弱的光遗传刺激VMHvlESR1神经元可以促进攀爬，而强刺激则促进攻击。然而，目前还不清楚这种攀爬是有性导向的(USV+)还是攻击性的(USV-)。录音表明，弱的VMHvlESR1激活促进了对雌性和被阉割的雄性入侵者的USV−攀爬和攻击(图4a-k)。这些结果表明，由VMHvlESR1神经元激活引起的攀爬表现了一种低强度的攻击行为。然而，VMHvlESR1神经元的抑制强烈地抑制了自发的雌性定向(性)攀爬，证实并扩大了先前关于弱抑制效应的报道。对USV+和USV−攀爬的VMHvlESR1神经元增减和功能缺失操纵的差异效应可能反映了对不同的雌性和雄性反应亚群的影响。
重要的是，VMHvlESR1刺激不仅没有引起USVs，反而强烈地抑制了雌性入侵者或尿液引起的USVs(图4l-n)。因此，需要知道这种抑制效应是在哪里发挥的。VMHvlESR1神经元强烈投射到MPOA。对MPOA中VMHvlESR1终末的光遗传刺激强烈地抑制了雌性尿液诱发的USVs(图4o-q)，以及雌性导向的攀爬(图4r)。由于VMHvlESR1神经元主要是兴奋性的，这种抑制作用可能是通过MPOA中的局部中间神经元间接发生的(图4u)。然而，并不能排除通过脉冲的反向传播激活并行目标。相反，光遗传刺激VMHvl中MPOAESR1∩VGAT终末强烈抑制攻击性(图4s，t)。因此，MPOA投射的VMHvlESR1(ESR1VMHv1→MPOA)和VMHv1投射的MPOAESR1∩VGAT(ESR1∩VGATMPOA→VMHv1)神经元的激活分别抑制了雌性导向的攀爬和雄性的攻击，这意味着一个先前提出的相互抑制的环路动机(图4u)。
图4 VMHvlESR1神经元可以促进攻击性攀爬并抑制USV的产生
研究人员已经研究了下丘脑是如何控制雄性对同性和异性导向的攀爬。发现，这两种形式的攀爬是不同的行为，由不同的下丘脑细胞群控制。单个神经元的成像实验显示了相对罕见的USV+或USV−攀爬选择性细胞群；大多数MPOAESR1和VMHvlESR1神经元对特定性别的入侵者表现出多种社会行为的混合选择性。这些数据表明，这两个主要神经元亚群分别主要控制繁殖和攻击状态，这解释了光遗传刺激的显性行为效应。然而，与VMHvl一样，MPOA也包含一小部分神经元(约9%)(图2g)，这些神经元在相反的状态下被选择性地激活。在VMHvl的情况下，似乎雌性偏好神经元是交配行为所必需的。在MPOA的情况下，雄性偏好的ESR1+亚群可以间接促进攻击性，也可以在战斗中抑制不断增加的攻击性。研究数据表明，攻击性和生殖(性)状态是由分布在下丘脑多个核团中的异质细胞群所影响的。表面上相似的运动动作可以由不同的神经亚群控制，这些神经亚群在下丘脑水平上编码相反的动机状态。
参考文献：
Tomomi Karigo, David J. Anderson et al., Distinct hypothalamic control of same- and opposite-sex mounting behaviour in mice, Nature(2020)
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目前公司主营产品是享誉全球的国际一线领导品牌，主要有：Inscopix自由活动超微显微成像系统，Bruker多光子显微镜，功能神经外科电生理平台，动物行为系统（自身给药、条件恐惧、斯金纳、睡眠剥夺、经典迷宫等），PiezoSleep无创睡眠检测系统，NeuroNexus神经电极，电生理信号采集系统，膜片钳系统，双光子显微镜等。这些仪器设备都是科学研究所必备且不可替代的基础仪器之一。
成像平台：
1.Inscopix自由活动超微显微成像系统
2.Bruker双光子显微镜
3.Neurotar Mobile HomeCage 气浮笼
3.Neurotar Mobile HomeCage 气浮笼
动物行为学平台：
1.PiezoSleep无创睡眠检测系统
2.自身给药、条件恐惧、斯金纳、睡眠剥夺、跑步机、各类经典迷宫等
神经电生理：
1.NeuroNexus神经电极
2.多通道电生理信号采集系统
3.膜片钳系统
科研/临床级3D打印：
1.德国envisionTEC 3D Bioplotter生物打印机
2.韩国Invivo医疗级生物打印机等
1.PiezoSleep无创睡眠检测系统
2.自身给药、条件恐惧、斯金纳、睡眠剥夺、跑步机、各类经典迷宫等
神经电生理：
1.NeuroNexus神经电极
2.多通道电生理信号采集系统
3.膜片钳系统
科研/临床级3D打印：
1.德国envisionTEC 3D Bioplotter生物打印机
2.韩国Invivo医疗级生物打印机等
