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从“拖舌”到苏醒:小鼠救援样行为背后的两套神经回路

Science advances · 2025-01-22

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Science Advances · 神经科学

从“拖舌”到苏醒:
小鼠救援样行为背后的两套神经回路

一项小鼠研究,沿着“帮助行为—舌部感觉—脑内觉醒”的链条,追踪社会互动如何改变同伴的麻醉恢复过程。

科学示意插画:清醒小鼠与麻醉同伴发生舌部互动

一只小鼠看到同伴躺着不动,会怎样“搭把手”?除了嗅探、梳理和舔眼,研究者还观察到一个特别的动作:清醒小鼠抓住麻醉同伴的舌头,反复向外牵拉。更有意思的是,接受这种互动的同伴醒得更快。从舌头到大脑,从施助者到受助者,这个看似小小的动作,串起了两只动物之间的神经回路故事。

关键发现

帮助行为与接受帮助后的苏醒变化,分别涉及两只小鼠的神经回路;舌部感觉输入是连接身体接触与脑内觉醒的关键环节。

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帮助行为,还有受助者的另一半

对社会性动物而言,个体之间的互动可以影响彼此的行为和生理状态。研究一种帮助行为时,人们很自然地关注施助者:它是否注意到同伴的异常,哪些神经活动与靠近、接触或采取行动有关?但如果要理解帮助的完整过程,还需要追踪受助者发生了什么变化。

这正是本研究最有意思的切入点。2025年1月22日,中国科学技术大学、安徽医科大学等单位的研究团队在 Science Advances 发表论文,将旁观小鼠的救援样行为与受助小鼠的麻醉苏醒联系起来。研究分别考察了两只小鼠的脑回路:帮助行为如何发生,以及身体接触如何改变被帮助者的觉醒状态。

这个特别的动作,为什么指向麻醉同伴?

面对麻醉同伴,旁观小鼠会嗅探、梳理、舔眼,也会用牙齿抓住对方的舌头向外牵拉,反复进行“拖舌”。这个有些出人意料的动作,很快把研究者引向一个问题:它是在回应同伴的特殊状态,还是只对一个不动的物体感到好奇?于是,研究中的玩具小鼠和其他对照,帮助他们把不同解释逐一分开。

玩具小鼠提供了对照。与玩具相比,旁观小鼠在麻醉同伴附近停留更久,而整体运动距离没有出现相应变化。这使“普遍活动增加”的解释难以成立。对已经死亡的小鼠,研究者也没有观察到同样的拖舌行为,说明这种互动与活体麻醉同伴的状态有关。

另一个问题是,拖舌会不会只是普通梳理动作的一部分?咬肌记录显示,与面部梳理、舔眼相比,拖舌时的肌电幅度和频率更高,为区分这些行为提供了支持。研究也观察到性别和熟悉程度的差异:雌鼠对陌生同伴较少拖舌,雄鼠未呈现显著的熟悉程度差异;后续回路实验主要使用雄鼠。因此,行为的调控也可能受到社会关系与性别因素影响。

拖一拖舌头,同伴真的醒得更快?

有旁观小鼠在场并参与互动时,麻醉小鼠更快恢复了翻正反射,麻醉诱导时丧失这一反射的时间则没有显著差异。翻正反射,是动物从仰卧位翻回正常姿势的能力,也是这项研究追踪麻醉恢复的行为指标。看起来,同伴的“搭把手”确实与恢复过程有关,接下来的问题便是:哪一种接触发挥了作用?

同伴带来的接触不止一种,团队于是比较了舌、后足与背部皮肤的刺激。在异氟烷麻醉恢复阶段,舌部刺激显著缩短了翻正反射恢复时间,后足和背部刺激没有呈现同样效果。几种身体部位给出的回应并不相同,舌部这个原本不起眼的感觉入口,开始成为整篇研究的关键线索。

行为结果之外,脑电提供了相互呼应的证据。舌部刺激组在苏醒阶段的爆发抑制比例下降,而清醒期和麻醉维持期未出现对应差异。爆发抑制表现为较强活动与低活动时段交替出现;其比例变化支持刺激影响了麻醉恢复过程,而不仅是让动物出现某个局部动作。

原论文图 1行为与苏醒效果
原论文 Figure 1:行为与苏醒效果
对应原论文 Figure 1。A–E 比较麻醉同伴与玩具;F–L 描述互动行为及咬肌活动;M–Q 展示翻正反射、不同身体部位刺激与脑电结果。M、O、Q 显示,同伴互动与舌部刺激对应更快的麻醉恢复。
来源:Cao et al., Science Advances, 2025 · CC BY 4.0
查看原图与英文图注 ↗

舌部信号,怎样敲开脑内觉醒的门?

接下来的关键,是把舌部刺激与脑内活动连起来。研究者追踪到与舌部连接的中脑三叉神经核神经元。这个脑核包含参与口腔感觉处理的初级传入神经元,使舌部感觉能够进入中枢。进一步的追踪显示,其中的谷氨酸能神经元向蓝斑发出投射。

蓝斑中的去甲肾上腺素能神经元与觉醒调节密切相关。如果舌部输入能够招募这些细胞,就可能将一个局部机械刺激转化为更广泛的脑状态变化。记录结果与这一推测一致:舌部刺激引起蓝斑相关神经元较强、较快的反应,超过同组后足和背部刺激的反应。

更进一步,团队在细胞层面捕捉到了这条连接的回应。刺激中脑三叉神经核的投射末梢,蓝斑去甲肾上腺素能神经元便出现兴奋性突触反应;阻断 AMPA 受体后,这种反应受到抑制。一条谷氨酸介导的兴奋性路径由此浮现:舌部感觉输入→中脑三叉神经核→蓝斑。身体上的一个接触点,就这样连接到参与觉醒调节的脑内节点。

改变这条回路,苏醒速度也改变了

一条回路是否参与苏醒,最终需要通过干预来检验。研究者选择性抑制与舌部连接的中脑三叉神经核神经元后,小鼠苏醒延迟,蓝斑神经元的放电也降低;相反,激活这些神经元能够促进苏醒,并提高蓝斑活动。两个方向的结果,使回路活动与恢复速度之间的关系更加清晰。

进一步消融这组神经元,会延长异氟烷麻醉后的恢复时间,并削弱救援样互动引发的蓝斑钙信号变化。结合回路抑制实验,研究表明,旁观小鼠的行为能够借助受助者的这条通路产生快速苏醒效应。这一步把行为现象、解剖连接、神经活动和干预结果串在了一起。

原论文图 4舌—脑通路的因果证据
原论文 Figure 4:舌—脑通路的因果证据
对应原论文 Figure 4。G–P 比较抑制、激活舌部连接神经元后的恢复时间与蓝斑放电;Q–U 检验消融相关神经元后的恢复及蓝斑钙活动。抑制与激活呈现相反方向的变化,支持这条回路参与苏醒调控。
来源:Cao et al., Science Advances, 2025 · CC BY 4.0
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谁来决定“搭把手”?施助者脑内的另一套回路

受助者的苏醒机制解释清楚后,研究转向施助者。在出现救援样行为的旁观小鼠中,丘脑室旁核以及伏隔核壳部的活动发生变化,提示这两个区域可能参与行为调控。研究确认,丘脑室旁核的谷氨酸能神经元向伏隔核壳部提供输入;抑制这一投射会减少拖舌,激活则增加拖舌的次数和持续时间。

伏隔核壳部并不是一个整体同向变化的节点。单细胞钙活动显示,拖舌时有些细胞活动增强,有些受到抑制。进一步区分细胞类型后,研究者发现,表达小清蛋白的 PV 神经元参与调节行为的启动:抑制它们会延长拖舌开始前的等待时间,激活则缩短;相关操控未明显改变小鼠的运动能力。

D1型中型棘状神经元则展现另一种调控方向:抑制它们,拖舌增加;激活它们,拖舌减少。D2型细胞的对应操控没有显著影响。结合这些发现和既往连接证据,作者提出,PV 神经元可能通过局部抑制影响 D1型细胞。帮助行为的发生,因而像一场细胞间的配合:有的影响启动时机,有的改变动作表现,局部连接如何组织这场协作,还值得继续探究。

原论文图 7帮助行为与苏醒效应的两端
原论文 Figure 7:帮助行为与苏醒效应的两端
对应原论文 Figure 7,作者的整体机制示意。施助者的丘脑室旁核—伏隔核壳部回路参与行为调控;受助者的舌—中脑三叉神经核—蓝斑通路参与苏醒。PV 细胞对 D1 型细胞的局部抑制作用是作者结合本研究与既往证据提出的解释。
来源:Cao et al., Science Advances, 2025 · CC BY 4.0
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一次身体接触,连接两只动物的大脑

贯穿全文的,是两端相接的机制逻辑:施助者的脑回路影响救援样行为的发生;舌部接触进入受助者的感觉通路,进一步招募与觉醒有关的蓝斑神经元。一个发生在两只动物之间的社会互动,由此能够从行为层面追踪到接受者的脑内状态变化。

“救援样”行为的吸引力,在于它既有针对麻醉同伴的动作,也带来了可测量的恢复收益。小鼠如何感知同伴的状态,这类互动在自然环境中是否发生,面对其他失去反应的状态会不会采用相似方式?这些问题让研究从一次有趣的观察,继续伸向更广阔的社会行为领域。对施助者主观体验的理解,也需要沿着行为与机制线索进一步探索。

这项工作的启发,在于将帮助行为的发生与获益机制放进同一个研究框架:既研究行动者为何行动,也研究接受者如何受到影响。对于社会行为神经科学,这提供了一条可以继续拆解、验证和比较的研究路径。

论文信息

Cao P, Liu Y, Ni Z, et al.
Rescue-like behavior in a bystander mouse toward anesthetized conspecifics promotes arousal via a tongue-brain connection
Science Advances 11(4), eadq3874 (2025)
DOI:10.1126/sciadv.adq3874