行为序列的调控机制
1.引言
进入新石器时代后，人类学会了驯化动物。从此以后动物与人类的生活紧密联系到了一起，就连古埃及的壁画上也出现了各式各样的动物造型。在17世纪以后，人们写出了许多记录动物行为的著作，“动物行为“一词也是在那时首次提出的。随着遗传学和分子生物学等学科的发展，现在已经可以在实验室用更规范的手段记录研究动物行为了。研究动物行为不仅可以为动物提供更好的福利，了解物种进化的规律，还可以帮助我们了解大脑的高级功能。
2.行为的研究层次
行为的研究有多种层次。从大到小可分为：行为状态、行为谱、行为、动作、姿态。
- 行为状态是在某个条件下，动物更容易表现出某些行为而较少表现出另一些行为。如在饥饿状态下，动物更容易表现出觅食、捕猎、进食等行为。
- 行为谱是在某个行为状态下，动物表现出行为频率/时间的记录表，通常以行为热图的形式展现。
- 行为包括我们通常提到的诸如睡眠、打斗、求偶等。
- 动作是动物行为的重要组成部分，如在果蝇求偶中，果蝇表现出定向、追踪、伸展单侧翅膀、触碰雌性、舔舐、尝试交配、交配等动作，这些动作共同组成了完整的求偶行为。
- 姿态是动物在某一时刻或某个瞬间，其身体肌肉的排布，可以理解为对动物进行拍照，每张照片就是一个姿态。
此前我们都是集中关注于前三个方面，而较少关注后三个方面。而一个行为能否精确的实现与动物的动作以及姿态是分不开的。上到复杂的逃生行为、捕猎行为，下到简单的行走行为，都需要动作按照特定的规律和顺序进行输出。如果动作的顺序出错，轻则影响本次行为的完成，重则影响动物的生存繁衍。因此，探讨行为的动作序列如何维持是很有必要的。
3.捕杀型捕猎的序列维持机制
捕杀型捕猎行为是动物为了生存，攻击其他动物个体的行为。一般认为捕猎行为包括发现目标、追逐、攻击和进食几个动作，根据捕猎是否成功，追逐和攻击阶段还可能多次反复发生。在小鼠中，外侧下丘脑（LH）、中央未定带（ZI）、中央杏仁核（CeA）与捕猎行为有关，且他们通过中脑导水管周围灰质（PAG）参与捕猎行为的调节。但从前的研究并未阐明捕猎行为的动作顺序是如何维持的。浙江大学李浩洪课题组与上海科技大学沈伟组首次发现了捕猎行为序列调控机制。捕猎行为的发生期间，LPAG脑区的神经元会发生顺序激活以维持正常的行为序列，其中GABA能神经元较早激活，参与追踪和攻击阶段，谷氨酸能神经元较晚激活，参与攻击阶段。而进入进食阶段后LPAG脑区大部分失活，提示后续的进食行为可能是其他脑区调控的。此外他们还发现上游的传入信息（LH、ZI、CeA）在捕猎行为期间调节追逐和攻击过程。在另一篇研究也提出了上游感觉信息的传入可能是捕猎行为序列维持的关键。Herwig实验室在斑马鱼中进行研究发现视觉信息的存在对于表现出正常的捕猎行为是必要的，且斑马鱼只要有单眼视觉就可以表现出捕猎行为，但双眼视觉可能参与捕猎的正确序列维持。因此捕猎行为的序列准确输出，不仅需要特定神经元的顺序激活，还需要输入信息实时调整行为的精度。
4.片段化摄食行为的产生机制
摄食行为是个体为了获得维持生存和从事各种活动的能量而进行的活动，是关乎生存的头等大事。物种在亿万年的进化过程中，自然选择逐渐塑造出精妙的摄食行为策略，并将其固化到了大脑的神经网络之中。进食相关行为的持续紊乱会导致饮食失调，如导致肥胖的神经性贪食症、导致营养不良的神经性厌食症、异食癖、反刍症等。目前这些疾病缺乏有效的治疗方法，这表明需要更深入地了解进食过程中的动机和行为变化及其背后的神经机制。在中枢神经系统中，许多神经元群体和回路控制食欲。目前已经阐明，三个主要的神经回路强烈地影响食欲，分别是促进寻找食物的ARCAGRP神经元、促进进食行为的LH神经元以及抑制进食行为的PBNCGRP神经元。但进食行为是一个复杂的过程，2021年有研究指出进食行为并不是简单的从饥饿开始吃到饱为止，而是分成多个进食回合。每个回合中包括进食的准备阶段、进食阶段、终止阶段等，随着进食回合的推进，进食量逐渐减少，从而逐步提升进食终止的概率，促使进食行为终止。2023年，王立平组揭示了这种进食行为片段化发生的机制。他们发现当小鼠走向食物时，存在某些神经元的顺序活动：在环境探索过程中，ARCAgRP神经元被激活，LHGABA神经元几乎没有反应，DRGABA神经元被抑制；当小鼠开始走向并接触食物时，ARCAgRP神经元被抑制，LHGABA神经元被激活，DRGABA神经元在小鼠几乎接触食物时被延迟激活；当行走或不靠近食物时，三种神经元回到最起始的状态，开始新一轮循环。这种片段化进食的方式一方面保证了进食效率，另一方面使动物保持对环境的警觉。
5.不同行为间的有序转换机制——计划与执行
不同的行为间是否会存在顺序输出呢？许多动物包括人类在执行行为前都会对行动进行规划。早在1991年，就有人对猴子进行训练以研究计划与执行的转换机制。近几年，由于遗传学技术的发展，小鼠逐渐成为这种行为转换的主要研究对象，同时发现了ALM脑区与Th脑区组成正反馈环路参与行为计划阶段。那么这种从计划行为到行为输出是如何转换的呢？2022年Karel Svoboda组发现在施加行为发起信号后，PPN/MRN神经元会诱导ALM神经元发生模式转换，使ALM下游的Med神经元兴奋从而引起动作的产生。这种计划到执行的转换障碍与帕金森等运动障碍疾病相关，因此选择性的激活PPN神经元可以促进ALM神经元的模式转换，目前已用于运动障碍疾病的治疗。
以上是本次Journal Club的总结，希望对大家有所帮助。
本次journal club的 slides 见附件pdf：
by 马铭泽