特定性別行為背后的大腦回路

編譯 莫莊非

美國(guó)霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員、哈佛大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家和發(fā)育生物學(xué)家凱瑟琳·杜拉克長(zhǎng)期致力于探索哺乳動(dòng)物的大腦結(jié)構(gòu)與特定性別行為之間的聯(lián)系，而其開(kāi)創(chuàng)性的研究成果在行為科學(xué)領(lǐng)域樹(shù)立了新標(biāo)桿

關(guān)于“男人和女人的行為為什么會(huì)不一樣”這類(lèi)問(wèn)題的討論由來(lái)已久且眾說(shuō)紛紜。凱瑟琳·杜拉克（Catherine Dulac）試圖從遺傳學(xué)和神經(jīng)科學(xué)層面給出答案。

盡管她過(guò)去所接受的是發(fā)育生物學(xué)方面的專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練，但杜拉克在探究哺乳動(dòng)物生命行為的過(guò)程中逐漸轉(zhuǎn)向了對(duì)遺傳因素的深入考察，希望找到遺傳和環(huán)境共同作用所帶來(lái)的決定性影響；此外，她還借助現(xiàn)代生物學(xué)中的基因工具來(lái)分析激活這些生物行為的機(jī)制。

近期，杜拉克的實(shí)驗(yàn)確定了調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物（實(shí)驗(yàn)小鼠）某些關(guān)鍵交配和養(yǎng)育行為時(shí)腦回路的運(yùn)作模式。她驚訝地發(fā)現(xiàn)，盡管這些行為中的一部分是傳統(tǒng)觀點(diǎn)里的雄性行為，另一些則屬雌性行為，但實(shí)際上控制這兩類(lèi)行為的腦電路在雌性和雄性小鼠中都存在且活躍。通過(guò)對(duì)行為觸發(fā)器的巧妙組合能改變動(dòng)物的特定性別行為——換句話說(shuō)，雄性小鼠可以在人為操縱下做出某些雌性行為。

很多科學(xué)家選擇順著杜拉克的發(fā)現(xiàn)去尋找更多新機(jī)制，而杜拉克和另一些同行則希望將此成果應(yīng)用于研究產(chǎn)后行為障礙等疾病。由于新發(fā)現(xiàn)極具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，杜拉克于2020年9月收獲單項(xiàng)獎(jiǎng)金高達(dá)300萬(wàn)美元的“生命科學(xué)突破獎(jiǎng)”。評(píng)委會(huì)稱(chēng)贊其將行為與特定神經(jīng)機(jī)制關(guān)聯(lián)起來(lái)的工作是成功的，“顛覆了行為科學(xué)領(lǐng)域數(shù)十年來(lái)的教條”。

《量子雜志》（Quanta Magazine）記者克勞迪婭·德雷富斯（Claudia Dreifus）多次連線采訪杜拉克，于2020年12月，采訪內(nèi)容發(fā)表。

您在哪兒長(zhǎng)大的？

我在法國(guó)南部的蒙彼利埃長(zhǎng)大。我的父母從事人文學(xué)科的研究。父親研究啟蒙運(yùn)動(dòng)哲學(xué)家丹尼斯·狄德羅（Denis Diderot，主持編寫(xiě)了第一本知識(shí)百科全書(shū)），母親則致力于中世紀(jì)詩(shī)歌研究。

因?yàn)槲业母改笍氖孪嗤墓ぷ?，所以我從?lái)沒(méi)想過(guò)開(kāi)啟一段跟他們一樣的職業(yè)生涯。他們平常都會(huì)做家務(wù)。我和我哥哥出生那會(huì)兒，母親還在學(xué)校念書(shū)，因此主要由父親負(fù)責(zé)照顧我倆的生活。長(zhǎng)大后，我把父母視作擁有自己的生活和事業(yè)且非常有趣的人。

我的父母在家中地位平等，相互尊重。這幫助我（一個(gè)女孩）養(yǎng)成了人人平等的觀念。

您的家庭生活在20世紀(jì)60年代的法國(guó)顯得與眾不同嗎？

我想說(shuō)，是的！我小時(shí)候拜訪了一些小朋友的家，然后很快意識(shí)到我的家人有多么與眾不同。

一方面，我的父母是真的支持我發(fā)展自己的興趣。我舉一個(gè)例子。我對(duì)史前時(shí)代著迷，讀過(guò)十多遍講述舊石器時(shí)代古人類(lèi)冒險(xiǎn)旅程的幻想小說(shuō)《火之戰(zhàn)》（Quest for Fire）。這本書(shū)給我留下了深刻的印象。我花了很多時(shí)間想象史前人類(lèi)的生活，并試圖猜測(cè)他們的想法。

看到我如此癡迷于史前時(shí)代，父母就帶我和哥哥去了我們家附近的洞穴內(nèi)尋找化石。我們找到了一些骨頭和牙齒，最后發(fā)現(xiàn)它們竟然來(lái)自古老的穴居熊。太神奇了！我們找到了數(shù)千年前留下的生命遺跡。之后，我對(duì)這種探尋越發(fā)感興趣了。

我童年另一件重要的事情是，我們家收藏了各種書(shū)籍，每個(gè)房間和走廊里都有書(shū)。我讀過(guò)許多小說(shuō)——陀思妥耶夫斯基、托爾斯泰以及普魯斯特的。（都讀了至少五遍。）

我常被以情感為主題的文學(xué)作品吸引。我意識(shí)到讀小說(shuō)會(huì)使你換位思考和共情。通過(guò)作者的故事，您能體驗(yàn)到其他東西——新的情感和際遇。這些作家在發(fā)問(wèn)：“做人意味著什么？”他們的追問(wèn)，以及對(duì)情感和人際關(guān)系的理解往往激發(fā)我思考：我們?yōu)槭裁匆@樣做？為什么我們需要社會(huì)聯(lián)系？

既然有這些興趣，您為什么要學(xué)習(xí)生物學(xué)而非選擇其他社會(huì)科學(xué)呢？

如前所述，我對(duì)探尋新發(fā)現(xiàn)很感興趣。生物學(xué)特別吸引人，因?yàn)樗枰ダ斫馍?。博士階段，我在巴黎大學(xué)一位非常有名的發(fā)育生物學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)展生物學(xué)研究。

您的導(dǎo)師是妮可·勒杜阿林（Nicole Le Douarin）嗎？

是的。她的實(shí)驗(yàn)室致力于研究基因預(yù)規(guī)劃和環(huán)境影響在胚胎發(fā)育過(guò)程中各自起到的作用。

勒杜阿林老師當(dāng)時(shí)正嘗試使用一種全新的方式開(kāi)展發(fā)育研究。她并不著眼于特定組織的發(fā)育，而是把重點(diǎn)放在一組被稱(chēng)為神經(jīng)嵴的細(xì)胞上。神經(jīng)嵴從神經(jīng)管中游離而出，發(fā)生遷移，引導(dǎo)周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)以及包括色素細(xì)胞等在內(nèi)的其他要素的生成。

那么這些神經(jīng)嵴細(xì)胞具體是怎樣完成工作的呢？為了揭示其中奧妙，她開(kāi)發(fā)了“單細(xì)胞”方法：一次只觀察一個(gè)細(xì)胞，看它最終會(huì)變成什么，而非一次性地查看所有細(xì)胞。

我眼下的研究工作仍需要借助這種方法。它是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)極為有用的工具。大腦中的每個(gè)神經(jīng)元都略有不同。一方面，你需要一個(gè)一個(gè)地去了解每個(gè)細(xì)胞；與此同時(shí)，你需要掌握足夠多神經(jīng)元的整體情況?，F(xiàn)在回想起來(lái)，我意識(shí)到勒杜阿林老師的工作的兩個(gè)主題——內(nèi)在影響與外在影響以及單細(xì)胞方法——這也是我工作的核心。

讀完博士，我去了哥倫比亞大學(xué)理查德·阿克塞爾（Richard Axel）老師的實(shí)驗(yàn)室做博士后。那時(shí)的我以為自己正探索的是與胚胎發(fā)育和感覺(jué)檢測(cè)相關(guān)的課題，可現(xiàn)在我覺(jué)得當(dāng)初的自己其實(shí)是在致力于通過(guò)科學(xué)研究回答兒時(shí)閱讀過(guò)的小說(shuō)所提出的一些問(wèn)題。

有哪些具體問(wèn)題？

人類(lèi)的重要行為從何而來(lái)？什么是天生的？經(jīng)驗(yàn)的結(jié)果是什么？是什么觸發(fā)憤怒、悲傷、支配、侵略、交配和養(yǎng)育行為？

在研究過(guò)程中，我一直試圖了解大腦如何控制本能行為：會(huì)有哪些信號(hào)？觸發(fā)這些行為的腦細(xì)胞群體是哪些？不同動(dòng)物物種以及不同性別的腦細(xì)胞群體間有何差異？

您剛剛提到了諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德·阿克塞爾。您是怎么進(jìn)入他的實(shí)驗(yàn)室工作的？

獲得博士學(xué)位后，我想先在美國(guó)工作幾年。那里的神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域非?；钴S。我想體驗(yàn)一下，然后回法國(guó)。在思考了各種可能性之后，我去了哥倫比亞大學(xué)阿克塞爾的實(shí)驗(yàn)室。

我于1992年進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)時(shí)那里的研究人員正在以全新的方式使用分子、遺傳和細(xì)胞生物學(xué)的工具來(lái)理解大腦的工作原理。

阿克塞爾老師和琳達(dá)·巴克（Linda Buck）那會(huì)兒剛剛在嚙齒動(dòng)物的鼻子里發(fā)現(xiàn)嗅覺(jué)受體。嗅覺(jué)受體是我們分析嗅覺(jué)如何發(fā)生的關(guān)鍵。他們后來(lái)也因此獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

我的目標(biāo)是在我導(dǎo)師工作的基礎(chǔ)上，尋找信息素的受體。信息素是一類(lèi)具有傳達(dá)信號(hào)功能的化學(xué)物質(zhì)，小鼠和其他許多動(dòng)物在發(fā)生攻擊、交配和養(yǎng)育等行為時(shí)散發(fā)相對(duì)應(yīng)的信息素。我需要去尋找觸發(fā)小鼠本能行為的信號(hào)，而這方面工作基于信息素的受體與嗅覺(jué)的受體是密切相關(guān)的。

我在社交活動(dòng)上遇到過(guò)阿克塞爾教授。他是一位了不起的科學(xué)家。你會(huì)有點(diǎn)怕他嗎？

恰恰相反，他給予我工作的靈感和動(dòng)力。他曾這樣說(shuō)道：“在我的實(shí)驗(yàn)室中，大家都研究著極為困難的問(wèn)題?！彼⒉黄诖泷R上成功，而是希望你能努力奮斗——我當(dāng)然做到了這一點(diǎn)。在那兒的頭兩年，我極度焦慮，因?yàn)槲业乃袊L試都沒(méi)能帶來(lái)任何成果。

但是理查德告訴我：“你正在嘗試解決一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。我想你會(huì)成功的。我只是不確定成功何時(shí)到來(lái)?！?/p>

對(duì)我來(lái)說(shuō)，那是一個(gè)充滿自我懷疑的人生階段。我嘗試了分子生物學(xué)的所有方式方法。我常工作到凌晨3點(diǎn)。有時(shí)候我會(huì)想到琳達(dá)·巴克，那時(shí)的她在哈佛擁有自己的實(shí)驗(yàn)室。我想：“在發(fā)現(xiàn)嗅覺(jué)受體之前，她在理查德的實(shí)驗(yàn)室工作了10年?！钡又矣謺?huì)對(duì)自己說(shuō)：“好吧，你不像琳達(dá)那樣聰明，你可能需要15年時(shí)間！”這些想法使我的心態(tài)稍稍平和了些。

為什么找到信息素受體如此重要？

因?yàn)檫@可以極大地幫助我們理解：大腦如何參與觸發(fā)某些行為，而不僅僅是哪些行為是與生俱來(lái)的。

小鼠和許多脊椎動(dòng)物的鼻子里都有神經(jīng)元。它們稱(chēng)為犁鼻器（VNO）。動(dòng)物能通過(guò)VNO探測(cè)到同類(lèi)散發(fā)的信息素，然后將此信息發(fā)送至大腦，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)特定行為，例如交配和攻擊。

為確定犁鼻器受體是否不同于阿克塞爾和巴克發(fā)現(xiàn)的嗅覺(jué)受體，我建立了一個(gè)基因文庫(kù)，小鼠VNO中每個(gè)神經(jīng)元都是由文庫(kù)中的基因表達(dá)得到的。我一次只分析一種神經(jīng)元的基因，然后相互比較它們。最終，我第一個(gè)分離出了哺乳動(dòng)物的信息素受體。

為什么說(shuō)這一發(fā)現(xiàn)極具突破性？

信息素受體的發(fā)現(xiàn)為我們探究哺乳動(dòng)物行為的觸發(fā)信號(hào)提供了可能。例如，你可以嘗試刪除小鼠體內(nèi)的特定基因，令其不再能夠探測(cè)到某些信息素，然后觀察其行為如何變化。在發(fā)現(xiàn)VNO后的幾年里，我做了很多這樣的實(shí)驗(yàn)。

我想說(shuō)的是，在我們的工作取得成功以前，大家普遍認(rèn)為雄性和雌性的大腦存在絕對(duì)的結(jié)構(gòu)差異（至少對(duì)于哺乳動(dòng)物來(lái)說(shuō)是這樣的）。而我們發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況更為復(fù)雜：雖然雄性和雌性的大腦并不相同，但是它們比以往預(yù)期的要相似得多。是的，有一些早期的激素作用使得雄性大腦更容易表現(xiàn)出雄性典型行為，而雌性則更容易表現(xiàn)出雌性典型行為?？蛇@些差異并不意味著兩性的大腦相差懸殊，懸殊到二者的行為模式是涇渭分明的。

告訴我們一些使您產(chǎn)生這種想法的實(shí)驗(yàn)吧。

當(dāng)我還是哈佛大學(xué)的一名青年教師時(shí)，我們團(tuán)隊(duì)想知道如果把信息素對(duì)大腦的提示作用消除之后會(huì)發(fā)生什么。如果沒(méi)了信息素的作用，一只雄性老鼠遇到另一個(gè)雄性同類(lèi)，仍然具有攻擊性嗎？

為了弄清這一點(diǎn)，我們敲除了小鼠VNO中的一個(gè)重要基因，令其轉(zhuǎn)變?yōu)椤靶畔⑺孛ぁ蓖蛔凅w。之后，我們將它與另一只雄性小鼠放在一起。結(jié)果，令人驚奇的事情發(fā)生了——突變小鼠并未攻擊另一只雄性，反而與它交配了！可能會(huì)發(fā)生什么？因?yàn)橹車(chē)鷽](méi)有雌性，所以它就選擇和雄性交配嗎？鑒于此，我們接著將雄性和雌性小鼠一并放入突變體所處籠中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)突變小鼠會(huì)以相等頻率嘗試與二者交配。這說(shuō)明突變體小鼠能交配，但無(wú)法區(qū)分交配對(duì)象的性別。

我們此前一直在研究VNO內(nèi)的一組特定神經(jīng)元——它們似乎專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)區(qū)分性別。在除去它們之后，小鼠也不再具備辨別能力，不過(guò)依然會(huì)進(jìn)行交配行為。

杜拉克發(fā)現(xiàn)，失去探測(cè)信息素能力的雄性小鼠會(huì)悉心照料新生的幼崽，而這原本是雌性小鼠的一種典型行為

此外，我們還嘗試移除雌性小鼠的犁鼻器，然后觀察其行為變化，最終也是同樣驚訝地發(fā)現(xiàn)它們?cè)谌鄙傩畔⑺靥崾镜那闆r下表現(xiàn)出了接近雄性的行為特點(diǎn)：它們會(huì)爬到同類(lèi)背上，做出非常雄性化的求偶行為。這些發(fā)現(xiàn)使我靈光乍現(xiàn)——成年雌性動(dòng)物的大腦中似乎也存在著可驅(qū)動(dòng)典型雄性行為的腦回路，且能在特定情況下運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。

您還針對(duì)小鼠的養(yǎng)育行為開(kāi)展過(guò)類(lèi)似實(shí)驗(yàn)。您也對(duì)這些結(jié)果感到驚訝嗎？

哦，是的。大多數(shù)動(dòng)物的大腦中都存在一些驅(qū)動(dòng)雄性或雌性行為的特定機(jī)制。在大約50%或60%的哺乳動(dòng)物物種當(dāng)中，母親負(fù)責(zé)扮演幼崽的養(yǎng)育和保護(hù)者，而雄性則往往對(duì)新生命漠不關(guān)心，甚至帶有攻擊性。

一只雌性小鼠即便還未生育，當(dāng)你將小鼠幼崽放到它身邊時(shí)，它也會(huì)照料它們。但假使你將一只尚未生育的雄性小鼠置于相同境地，它很可能會(huì)試圖殺死幼崽。

杜拉克并不覺(jué)得自己在職業(yè)生涯中遭受過(guò)很多歧視，但她意識(shí)到，即使是相當(dāng)隱蔽的性別歧視也會(huì)壓迫科學(xué)界的女性

我們想知道如果把這些不愿關(guān)懷幼崽的雄性小鼠的VNO移除，剝奪其探測(cè)信息素的能力，故事的結(jié)局會(huì)怎樣。我們最后發(fā)現(xiàn)失去了VNO的雄性小鼠選擇照顧幼崽而非攻擊它們。

這使我們推測(cè)，無(wú)論性別如何，小鼠的大腦中都存在觸發(fā)養(yǎng)育行為的回路?；诖税l(fā)現(xiàn)，我們進(jìn)一步確定了一種可表達(dá)甘丙肽——對(duì)于雌性和雄性小鼠的養(yǎng)育行為至關(guān)重要的神經(jīng)遞質(zhì)——的特定神經(jīng)元群體。這一發(fā)現(xiàn)是我們深入探究控制小鼠養(yǎng)育行為的神經(jīng)電路的起點(diǎn)。據(jù)我所知，這是對(duì)社會(huì)行為神經(jīng)回路機(jī)理的第一次解構(gòu)。

這會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)什么影響嗎？

有影響，也沒(méi)有影響。小鼠檢測(cè)到的信號(hào)是相當(dāng)具有特異性的。人類(lèi)和其他高等靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物沒(méi)有犁鼻器用于感知信息素。然而，在所有脊椎動(dòng)物中，控制基本行為的大腦區(qū)域被認(rèn)為具有進(jìn)化保守性，尤其是下丘腦處控制進(jìn)食、繁殖、交配和養(yǎng)育行為的部分。因此，很有可能我們?cè)谛∈笾邪l(fā)現(xiàn)的神經(jīng)元群體和相關(guān)回路也以某種形式存在于人腦中，負(fù)責(zé)調(diào)控養(yǎng)育行為。

你知道，有10%～20%的母親患有產(chǎn)后抑郁癥。這是人數(shù)眾多的群體。我從未聽(tīng)說(shuō)過(guò)某種精神疾病會(huì)影響到這么多人，卻又很少為人們所談?wù)?。產(chǎn)后抑郁的母親確實(shí)很難與新生兒建立情感紐帶，原因可能在于調(diào)控養(yǎng)育行為的神經(jīng)回路出了問(wèn)題——推進(jìn)養(yǎng)育行為的神經(jīng)群體的活動(dòng)與傾向忽視的神經(jīng)群體的活動(dòng)間的平衡被打亂，某些機(jī)制無(wú)法正常發(fā)揮作用。如果我們能更好地理解這一點(diǎn)，也許就可以找到針對(duì)此種疾病的藥物或診斷工具。

您在大腦性別差異方面的工作可能產(chǎn)生極大的社會(huì)影響。您覺(jué)得這種問(wèn)題會(huì)困擾您嗎？

沒(méi)錯(cuò)，這也是我在表達(dá)言論時(shí)態(tài)度很謹(jǐn)慎的原因。當(dāng)我在哈佛大學(xué)開(kāi)啟自己的實(shí)驗(yàn)時(shí)，我得到了這些有趣的結(jié)果：其中一只突變小鼠會(huì)與雄性和雌性都發(fā)生交配行為。但驅(qū)使它做出這種行為的神經(jīng)回路是人類(lèi)所不具備的，因此小鼠的行為與人類(lèi)的行為無(wú)關(guān)。

令我震驚的是，有些記者會(huì)得出這樣的結(jié)論：“杜拉克確定了同性戀基因”。當(dāng)我的論文在《自然》（Nature）雜志上發(fā)表時(shí)，我希望他們宣傳時(shí)保持低調(diào)。

您的職業(yè)生涯是否遭遇過(guò)很多性別歧視？

我不曾遭遇性別歧視。我的導(dǎo)師妮可·勒杜阿林可能有過(guò)很多被歧視的經(jīng)歷。

她已婚，有兩個(gè)孩子；她想做科研，但收到她申請(qǐng)的幾乎每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都回復(fù)她：“為什么要進(jìn)行研究？你丈夫是研究員，這就足夠了。”

就我自己而言，我一直感受到同事們的尊重，但我有時(shí)也會(huì)注意到一些問(wèn)題。例如，我去參加學(xué)術(shù)會(huì)議，在會(huì)議正式開(kāi)始前的晚宴上，如果坐我鄰桌的男士沒(méi)有在席位卡上看到我的名字，我常常會(huì)感覺(jué)到，他似乎對(duì)我要說(shuō)的內(nèi)容不感興趣。

接著，他發(fā)現(xiàn)我是那個(gè)做主題報(bào)告的人，然后就來(lái)找我，對(duì)我說(shuō)：“哦，我的上帝，這真有趣?！边@種事情已經(jīng)發(fā)生了很多次，非?；?。

您之前說(shuō)自己在阿克塞爾實(shí)驗(yàn)室完成博士后之后，打算返回法國(guó)。當(dāng)時(shí)發(fā)生了什么事情？

你說(shuō)的對(duì)。我當(dāng)時(shí)打算回國(guó)，畢竟我是法國(guó)人。法國(guó)的文化和生活方式中有很多很棒的東西。法國(guó)人更會(huì)享受生活。但學(xué)術(shù)傳統(tǒng)主義/學(xué)院風(fēng)氣是真實(shí)存在的。讀完博士后，我回到法國(guó)謀職，可那邊提供的工作與在美國(guó)的相差懸殊——他們表示我太年輕了，無(wú)法擁有自己的實(shí)驗(yàn)室，我必須先向級(jí)別更高的前輩學(xué)習(xí)。

最重要的是，我希望擁有自己的實(shí)驗(yàn)室，也希望能享受自己研究工作。我最終選擇了哈佛。然后他們就把我“困住”了，因?yàn)楣鹪诖蠹s5年內(nèi)就給了我終身職位。

資料來(lái)源 Quanta Magazine