脑科学与脑医学学院胡海岚团队在《Neuron》发表论文，解析前额叶皮层下游“胜利环路”和“失败环路”如何相互作用调控社会竞争

竞争是动物世界最普遍的社会行为之一，也是社会等级这一基本社会组织方式的成因。人类没有超越自然界而摆脱竞争的规律，随着社会飞速发展，竞争压力不断加剧，因社会竞争导致的精神疾病日趋严重，成为突出的社会性问题。因此，理解社会竞争背后的神经环路机制有着非常深远的意义。为探索等级形成和稳定的机制奠定理论基础，对了解人类竞争相关脑功能意义重大，更能够为竞争行为障碍相关精神疾病提供新的诊疗思路。

浙江大学脑科学与脑医学学院胡海岚教授团队在2011年和2017年的两篇《Science》中阐明了前额叶皮层（dmPFC）在调节社会竞争中的关键作用，并揭示了dmPFC通过接受上游MDT丘脑的支配实现对竞争行为的调控^[1-2]。随后在2022年的《Neuron》中，进一步阐明dmPFC内部微环路组成以及其在动态调控社会竞争行为中的功能^[3]。然而，dmPFC作为top-down control的中心，广泛投往皮层下多个脑区。其中哪些环路参与了竞争行为的调控？哪些环路介导 “胜利”，哪些介导“失败”？“胜利环路”和“失败环路”之间如何相互作用的调控社会竞争呢？

2024年12月10日，胡海岚教授团队在《Neuron》杂志上发表题为“Deconstructing the neural circuit underlying social hierarchy in mice”的研究论文。作为该团队社会竞争研究的后续，该研究以钻管对抗的结果来反映小鼠的竞争能力，通过全脑c-Fos筛选、光遗传学、化学遗传学、光纤记录钙成像、在体光标记电生理记录及离体脑片电生理记录等手段，进一步阐明了dmPFC中存在空间上分层分布的“胜利环路”和“失败环路”：5层投射到中缝背核（DRN）和水管周灰质（PAG）的环路促进社会竞争，而2/3层投射到前基底外侧杏仁核（aBLA）的环路则抑制社会竞争。“失败环路”会通过dmPFC内部PV和SST两种中间神经元共同作用，抑制“胜利环路”。

dmPFC下游存在介导竞争的“胜利环路”和“失败环路”

为了筛选出dmPFC下游哪些脑区参与社会竞争的调控，研究团队首先通过即早基因c-Fos标记，发现在dmPFC下游脑区中，DRN和PAG在竞争胜利时被显著激活，而aBLA与之相反，在竞争失败时被显著激活。为了进一步验证这些环路确实参与了社会竞争的调控，研究团队采用光遗传的方式双向操纵这些环路，观察其对钻管测试结果的影响，证实了dmPFC到DRN和PAG的环路为调控竞争胜利的“胜利环路”，而dmPFC到aBLA的环路为调控竞争失败的“失败环路”。光纤记录发现dmPFC投往DRN和PAG的“胜利神经元”在小鼠努力推挤时钙活动显著升高，而dmPFC投往aBLA的“失败神经元”则在推挤时钙活动显著降低。综合以上结果，研究团队证明了dmPFC下游存在介导竞争的“胜利环路”和“失败环路”。

dmPFC中“胜利神经元”和“失败神经元”在空间分布上具有分层特异性

在明确dmPFC下游存在介导竞争胜利和失败的环路后，这些环路的投射神经元在dmPFC内部是如何分布的？相互之间是否存在重叠呢？研究团队利用逆行环路示踪的手段，发现“胜利神经元”和“失败神经元”在dmPFC中的空间分布上是分离的，具有典型的分层特点：投射到aBLA的“失败神经元”集中分布在2/3层，而投射到DRN和PAG的“胜利神经元”集中分布在5层。研究团队通过实验进一步证实了dmPFC 2/3层神经元在竞争失败时激活，光遗传激活2/3层神经元导致了小鼠竞争失败；反之，5层神经元在竞争胜利时激活，介导了小鼠的竞争胜利。

dmPFC中竞争“失败环路”对“胜利环路”具有拮抗作用

那么dmPFC中“胜利神经元”和“失败神经元”之间是如何相互作用调控社会竞争结果呢？在体光标记电生理证明dmPFC 2/3层投往aBLA的“失败神经元”会显著抑制5层的“胜利神经元”，反过来，操纵dmPFC 5层投往DRN的“胜利神经元”对2/3层的“失败神经元”则没有显著影响，提示了从“失败神经元”到“胜利神经元”之间存在单向的功能连接和抑制作用。离体脑片电生理证实了这种突触连接的存在，激活dmPFC 2/3层投往aBLA的“失败神经元”，能在5层投往DRN的“胜利神经元”上记录到比兴奋性突触后电流（EPSC）更大的抑制性突触后电流（IPSC），进一步证实了其抑制性效果，而这个抑制作用是由dmPFC内部的PV和SST中间神经元共同介导的。

综上所述，这项研究首先发现了dmPFC中存在介导竞争的“胜利环路”和“失败环路”，并且证明这些环路的投射神经元在dmPFC中的分布具有分层的特点，“失败环路”能够抑制“胜利环路”从而实现对社会竞争的调控。研究团队也为这种单向抑制作用提出了一个有趣的解释：一旦个体萌生放弃或退出竞争的想法，“失败环路”对“胜利环路”的抑制作用将有助于使其快速执行想法并结束竞争。并且研究团队认为,这种新发现的单向层间抑制作用，除了调节社会竞争和优势等级之外，还可能在涉及dmPFC的其他行为控制方面发挥重要作用。

图 dmPFC“胜利环路”和“失败环路”相互作用调控社会竞争

浙江大学医学院脑科学与脑医学学院/教育部脑与脑机融合前沿科学中心/脑机智能全国重点实验室/南湖实验室/新基石研究员胡海岚教授是本文的通讯作者，研究员辛秋红为第一作者。此外，博士生郑迪旸、团队前成员周亭亭、团队前实习生许嘉仪、博士后倪哲一也在其中做出了重要贡献。该研究主要受国家自然科学基金、科技创新2030重大项目、上海高等研究院繁星科学基金、新基石科学基金等项目的资助。

胡海岚实验室近年来在社会竞争 (Science 2011, 2017; Neuron 2022; Cell 2023; Neuron 2024)和抑郁症机制（Science 2013；Nature 2018a,2018b；Nature 2023；Science 2024)的研究中取得了一系列优秀的成果。实验室目前有多个方向的课题正在展开，诚招相关专业的特聘研究员、博士后和研究助理。简历投递：huhailan@zju.edu.cn

标签：社会  竞争  环路