中大新聞網訊（通訊員張玉琦）為了適應群體生活，個體需要及時識別其他個體的情緒狀態并作出適宜的行為反應。這種感受、識別、理解和想象對方情緒狀態并產生適宜行為的能力被稱為共情（empathy）。當目睹同伴經歷痛苦時，個體會因情感共情而出現焦慮、不安、恐懼等情緒變化，也會因認知共情而表現出安慰、解救等親社會行為。對個體而言，共情有助于獲取環境信息，發展社會關系，更好地融入群體，提高生存率；對群體而言，共情有助于促進利他行為，增進凝聚力，發展道德，維持物種的生存和繁衍。相反，共情出現異常不僅會引起極端的利己主義，也可導致極端的反社會行為。此外，共情異常也是孤獨癥、抑郁癥、精神分裂癥等多種神經精神疾病的共同特征。
隨著共情研究的逐漸深入，人們對共情的認識逐漸加深，但是仍有許多問題尚待解決。如，個體如何感知他人的情感狀態，如何將感知信息轉化為共情行為，不同性別個體的共情行為是否相同？
2024年3月1日，中山醫學院李勃興和黃瀲滟課題組在Neuron雜志在線發表了題為Sexually dimorphic control of affective state processing and empathic behaviors的研究論文，發現了共情行為的性別差異，并解析了介導共情行為的感覺模態、神經環路和潛在分子機制。該研究發現，雌雄小鼠在面對痛苦的同伴時表現出不同的共情行為，該過程是由兩條完全不同的嗅覺神經環路介導，這兩條環路在基因表達模式上存在固有的性別差異。
在該項研究中，研究者通過無監督機器學習方法，詳細分析了雌雄小鼠在面對疼痛同伴時的行為表現。結果顯示，雌雄小鼠在測試初期呈現出共有的行為學特征，均通過頻繁的探索行為來感知同伴狀態。但在測試的后期，雌雄小鼠表現出明顯不同的行為特征。雌性小鼠表現出類似安慰對方的社交接近行為（social preference），而雄鼠則表現出類似焦慮和自我安慰的自我梳理行為（self-grooming）。雌雄小鼠的行為均是以共情為基礎的行為，因為它們符合熟悉偏好（familiarity bias）、狀態匹配（state matching）、受性激素調節（sex hormone-dependent）以及依賴于同伴存在（demonstrator-dependent）等共情行為特征。
研究者進一步檢測了雌雄小鼠通過何種感覺信息感知同伴的疼痛狀態。他們發現，疼痛同伴的體液氣味是誘發共情行為的關鍵，阻斷體液氣味的傳遞則阻斷了共情行為的產生。與之相對，單獨的視覺或聽覺信息不足以引起共情行為。
研究者進一步探究了嗅覺信息如何在雌雄小鼠中引起完全不同的共情行為。他們發現，嗅覺信息雖然都激活了嗅覺中樞——梨狀皮層（piriform cortex，PiC），但在雌雄小鼠中激活的神經元群體及下游神經環路卻截然不同：在雌性小鼠中主要激活梨狀皮層至前邊緣皮質（prelimbic cortex，PrL）環路（PiC→PrL環路），而在雄性小鼠中則主要激活梨狀皮層至內側杏仁核（medial amygdala，MeA）環路（PiC→MeA環路）。進一步的光遺傳學和化學遺傳學實驗證明，這兩條神經環路是介導雌雄小鼠不同共情行為的充分和必要條件。
為何相似的嗅覺刺激會在雌雄小鼠的PiC中激活完全不同的神經環路？為了回答這一問題，研究者系統比較了投射至PrL和MeA的PiC神經元的基因表達情況。他們發現，PiC神經元的基因表達存在明顯的性別差異。在投射至PrL的PiC神經元中，與神經元興奮性相關的基因（編碼離子通道和突觸蛋白的基因）在雌性中表達更高，可以部分解釋為何雌性的PiC→PrL環路更易激活；相反，在投射至MeA的PiC神經元中，上述基因在雄性中表達更高，可部分解釋為何雄性的PiC→MeA環路更易激活。進一步的分析發現，這種基因表達差異是由轉錄因子網絡和性激素共同調控所致。
綜合以上結果，該研究發現，在目睹同伴經歷疼痛時，同伴的體液氣味在雌雄小鼠中激活了不同的神經環路；在雌性小鼠中激活的PiC→PrL環路引起共情性社交親近行為；在雄性小鼠中激活的PiC→MeA環路引起共情性自我梳理行為。這兩條環路激活程度的差異由其基因表達模式上的性別差異所致。
中山大學中山醫學院李勃興教授和黃瀲滟教授為該論文的通訊作者，博士后方舜昌為論文第一作者。深圳灣實驗室甘文標教授在雙光子成像數據分析等方面提供了大力幫助；中國科學技術大學熊偉教授教授、朱洪影教授和苗臣儉同學完成了嗅覺分子的質譜分析；南方醫科大學高天明院士提供了基因修飾小鼠；暨南大學師蕾教授和彭穎慧老師在超聲分析中給予了大力支持。
原文鏈接：https://www.cell.com/neuron/pdf/S0896-6273(24)00085-0.pdf
