近期，在一篇發表於《科學》的研究中，北京腦科學與類腦中心的研究人員詳細揭示了哺乳動物，例如小鼠出現性飽足狀態的關鍵原因，並進一步揭示了其如何長期影響它們的大腦和後續行為。
進入性飽足狀態
在探究生命的本質時，巧妙的實驗設計往往能帶來立竿見影的效果。在對於絕大多數生物生存和繁衍極其關鍵的性活動中，科學家曾進行過這樣一個實驗：他們將一隻雄性大鼠和4~5隻發情期的雌性大鼠放在一個籠子裡，發現雄鼠會開始逐一與所有雌鼠重複交配，直到精疲力盡。
隨後，無論這些雌鼠如何引誘雄鼠，它好像都不會再有任何性反應，進入了性不應期。無論是大鼠、公雞還是其他採取一夫多妻制的動物，當雄性成功和雌性動物交配後——完成多次射精後（對於大鼠來說是至少6次射精）——通常會進入性飽足狀態（sexual satiety），並在這一時期失去交配興趣。不過，在這個狀態下，雄鼠其實沒有生理上的疲憊，因為它們還能正常地進行其他活動。
一些研究曾進行了測量，評估了進入性飽足狀態的雄鼠何時可以完全恢復。他們發現在1~2天內，70%的雄鼠不會再交配，即使有新的雌性出現；3天後，絕大部分又可以重新交配了，但是，只有30%會射精3次——沒有回到最佳狀態（至少6次射精）。而想要完全恢復，需要堅持無性生活長達15天。類似的現象也存在於多種動物，包括恆河猴和人等靈長類動物中。
大腦中的改變
性飽足狀態看似在抑制雄鼠的繁殖能力，但對其成功傳遞自己的基因十分重要。它既能避免過度、冒險的性行為（比如精盡鼠亡或者只和少數的雌性交配），讓它們能保持精力尋找新的伴侶，且能提高精子的受精率（精子的活力也會受到小鼠自身狀態的影響）。對於不同的動物來說，進入性飽足狀態的時間和射精行為、次數等都有密切關係，而且會對它們腦部的一些區域產生明顯的影響。
不過，其中更多詳細的細節，目前還並不清楚。而近期，在一篇發表於《科學》（Science）的研究中，由北京腦科學與類腦研究中心李瑩教授領導的研究團隊就揭示了這些性經驗帶來的改變會如何體現在神經通路上，進而引發長期的行為決策改變。
首先，射精是極其重要的。以雄鼠和雌鼠（小鼠）為例，它們在多次成功的交配之後，都會失去交配的興趣。對於雌鼠來說，即使只感知到伴侶的射精過程而沒有實際受精（實驗中，研究人員切除了雄鼠的輸精管），它們後續對性活動的接受程度也會迅速降低。但如果將雄鼠和雌鼠在未射精前的插入過程分開，則雙方都不會失去交配的興趣。
研究人員還觀察到，射精行為會激活它們的數個腦區，促使c-Fos蛋白的表達，包括終紋的後床核（BNSTp），杏仁核後背內側（MeApd）和下丘腦核內側束（mSPF）等。在另一種情況下，當研究人員狠心將進行3~5次插入、但還未射精的雄鼠和雌鼠分開時，他們發現射精後的雄鼠與這種狀態下的它相比，激活最明顯的是BNSTp。也就是說，射精主要改變BNSTp的神經活動。
一直興奮便無法再交配
因此，李瑩教授等人還想深入探究一下BNSTp腦區中被激活的神經元，以及確認它們是否會編碼性相關行為和狀態變化。
他們利用單核RNA測序技術（snRNA-seq）發現BNSTp中主要含有2種神經元簇，分別表達基因Esr2和St18。在前一種神經元（BNSTEsr2）中，有50%會在射精後激活——這個現象在雄鼠和雌鼠中都存在。後一種神經元（BNSTSt18）主要在交配前期激活——在雄鼠進行社交嗅探和刺激射精的插入行為時激活，射精時反而不會激活。
在射精結束、雄鼠和雌鼠分開後，它們的BNSTEsr2神經元中有一部分的激活程度會快速降低，但還有一部分會進入過度興奮的狀態，至少能持續30分鐘。這一意味著，在一次成功的交配後，一部分BNSTEsr2神經元可能會對小鼠大腦的這種內部活動進行編碼。李瑩教授在接受《環球科學》的採訪時表示，「我們基於小鼠的腦片電生理數據，發現BNSTEsr2的神經元在性飽足時期內有持續興奮的特徵，主要是一部分這類神經元在群體水平上興奮產生的結果。」
相比於沒有射精時，當雄鼠進入性飽和狀態後，這部分神經元會表現出更大幅度和更高頻的自發Ca2+活動，並且這種現象在性飽足狀態持續的數天裡一直存在。李瑩教授表示：「這個現象也是這類神經元的一種群體性生理活動。」她們找到了一個規律：當雄鼠射精後，自發的Ca2+活動會升高，持續數天，隨著雄鼠恢復交配能力，這種Ca2+活動也會降低到基線水平。在再次成功交配後，Ca2+活動會重新升高，而雄鼠會再次進入性飽足狀態。
這個現象不止存在於雄鼠的大腦中，雌鼠在成功交配後，BNSTEsr2神經元的自發Ca2+活動也會明顯增強，且會一直持續，與是否成功懷孕無關。這種增加通常持續整個假孕期（出現類似懷孕的症狀）、懷孕期和哺乳期，在交配行為恢復後，也會降低到基線水平。
此外，相比於無性經驗和從「性飽和狀態」中恢復的小鼠，他們發現無論是雄性和雌性小鼠，處於性飽足狀態（交配36小時~48小時後）時，大腦中一部分BNSTEsr2的神經元會表現出更高的興奮性。在這個過程中，這些神經元的膜電位會發生改變，產生動作電位的閾值會更低，自發放電頻率也會更高。而這種過程離不開另一種關鍵的蛋白質——環核苷酸門控（HCN）陽離子通道，這種蛋白質由Hcn1基因表達產生。
這種通道蛋白會在BNSTEsr2神經元中大量表達。李瑩教授說：「我們利用了原位雜交的方法，研究了不同狀態（交配前、性飽足和恢復後）下，小鼠BNSTEsr2的神經元上Hcn1 mRNA表達的變化，發現這種mRNA的表達在性飽足狀態時升高。但當小鼠在休息10-16天後恢復到交配前的狀態時，Hcn1 mRNA也會回到最初始的表達水平。」Hcn1 mRNA的水平升高能間接顯示，該通道蛋白在細胞內的水平升高。在小鼠性飽足狀態期間，這種通道蛋白可以維持神經元的興奮。
此外，李瑩教授還表示：「動作電位或者自發放電的產生和消退，通常也伴隨著胞內鈣離子溶度的變化。但在分子水平上，關於鈣離子和Hcn1具體如何發揮作用，還有待進一步的研究。」另外，她們推測關於最終BNSTEsr2神經元的電位如何恢復正常的，可能與該神經元上Hcn1的表達減少有關。但這個過程主要存在於雄鼠中，對雌鼠沒有明顯影響。而雌鼠如何維持「性飽足狀態」，可能還涉及到其他複雜的機制。
性行為可以操縱
不過，既然性行為帶來的影響會受到特定神經元的影響，那麼改變這些神經元以及關鍵蛋白質的活動，應該足以改變小鼠的性行為。她們也進行了一些嘗試，例如通過一些病毒或者藥物（氯氮平-N-氧化物）來抑制性飽足狀態下雄鼠BNSTEsr2神經元的活動，發現不需要數天，在30分鐘以內，6/7的雄鼠會脫離性飽足狀態，恢復交配行為，並且能成功射精。對於雌鼠來說，它們的性接受能力也會恢復，也就是說可以繼續進行交配。
如果改變得更徹底一點，例如在交配前選擇性殺死雄鼠的BNSTEsr2神經元，它們會持續交配數天，但會一直無法達到性飽足狀態。另外，使用基因編輯技術選擇性敲除BNSTEsr2神經元中的Hcn1基因，雄鼠也會表現出明顯的性飽足狀態缺失。
與之相反，如果在最初的嗅探階段就激活BNSTEsr2，雄鼠可能會直接進入「性飽足狀態」，放棄接下來的整個交配過程。研究人員也以此證實，BNSTEsr2神經元在雄性性飽足狀態下激活，是抑制了它們的交配動機，而沒有專門抑制交配動作。
這項研究首次詳細解析了短暫性經驗能在大腦中持久表徵的神經機制，以及這種表徵如何長期影響動物行為。李瑩教授說：「性行為是對個體的生存和種群的繁衍十分重要的本能行為，它在演化上具有保守性，並且受固有的神經環路調控。我們的研究在揭示性經驗如何引起大腦內部狀態改變這一重要科學問題上，具有重要的突破。這項研究也為我們理解性經驗如何引起大腦持久改變提供了一個全新的角度。」類似的神經調控的機制可能也存在其他的認知和社交過程中，比如打鬥的成敗經驗會長期影響個體的狀態等等。
如果不懂得克制，大腦會教會你克制...
撰文：clefable 、審校：周小娟（論文並列一作之一）
封面圖來源：Pixabay
論文連結：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl4038
參考連結：
https://en.wikipedia.org/wiki/Coolidge_effect
https://en.wikipedia.org/wiki/Refractory_period_(sex)
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0149763408002029?via%3Dihub
https://en.cibr.ac.cn/home/viewpager/detail/296?language=cn