特定性別行為背后的大腦回路

編譯 莫莊非

美國霍華德休斯醫(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·杜拉克長期致力于探索哺乳動物的大腦結(jié)構(gòu)與特定性別行為之間的聯(lián)系，而其開創(chuàng)性的研究成果在行為科學(xué)領(lǐng)域樹立了新標(biāo)桿

關(guān)于“男人和女人的行為為什么會不一樣”這類問題的討論由來已久且眾說紛紜。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。

盡管她過去所接受的是發(fā)育生物學(xué)方面的專業(yè)訓(xùn)練，但杜拉克在探究哺乳動物生命行為的過程中逐漸轉(zhuǎn)向了對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)中的基因工具來分析激活這些生物行為的機制。

近期，杜拉克的實驗確定了調(diào)節(jié)哺乳動物（實驗小鼠）某些關(guān)鍵交配和養(yǎng)育行為時腦回路的運作模式。她驚訝地發(fā)現(xiàn)，盡管這些行為中的一部分是傳統(tǒng)觀點里的雄性行為，另一些則屬雌性行為，但實際上控制這兩類行為的腦電路在雌性和雄性小鼠中都存在且活躍。通過對行為觸發(fā)器的巧妙組合能改變動物的特定性別行為——換句話說，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)極具實際應(yīng)用價值，杜拉克于2020年9月收獲單項獎金高達300萬美元的“生命科學(xué)突破獎”。評委會稱贊其將行為與特定神經(jīng)機制關(guān)聯(lián)起來的工作是成功的，“顛覆了行為科學(xué)領(lǐng)域數(shù)十年來的教條”。

《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。

您在哪兒長大的？

我在法國南部的蒙彼利埃長大。我的父母從事人文學(xué)科的研究。父親研究啟蒙運動哲學(xué)家丹尼斯·狄德羅（Denis Diderot，主持編寫了第一本知識百科全書），母親則致力于中世紀(jì)詩歌研究。

因為我的父母從事相同的工作，所以我從來沒想過開啟一段跟他們一樣的職業(yè)生涯。他們平常都會做家務(wù)。我和我哥哥出生那會兒，母親還在學(xué)校念書，因此主要由父親負(fù)責(zé)照顧我倆的生活。長大后，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年代的法國顯得與眾不同嗎？

我想說，是的！我小時候拜訪了一些小朋友的家，然后很快意識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。我舉一個例子。我對史前時代著迷，讀過十多遍講述舊石器時代古人類冒險旅程的幻想小說《火之戰(zhàn)》（Quest for Fire）。這本書給我留下了深刻的印象。我花了很多時間想象史前人類的生活，并試圖猜測他們的想法。

看到我如此癡迷于史前時代，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籍，每個房間和走廊里都有書。我讀過許多小說——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。我意識到讀小說會使你換位思考和共情。通過作者的故事，您能體驗到其他東西——新的情感和際遇。這些作家在發(fā)問：“做人意味著什么？”他們的追問，以及對情感和人際關(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)而非選擇其他社會科學(xué)呢？

如前所述，我對探尋新發(fā)現(xiàn)很感興趣。生物學(xué)特別吸引人，因為它需要去理解生命。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)家的實驗室里開展生物學(xué)研究。

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

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

勒杜阿林老師當(dāng)時正嘗試使用一種全新的方式開展發(fā)育研究。她并不著眼于特定組織的發(fā)育，而是把重點放在一組被稱為神經(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)周圍神經(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，她開發(fā)了“單細(xì)胞”方法：一次只觀察一個細(xì)胞，看它最終會變成什么，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)域一項極為有用的工具。大腦中的每個神經(jīng)元都略有不同。一方面，你需要一個一個地去了解每個細(xì)胞；與此同時，你需要掌握足夠多神經(jīng)元的整體情況。現(xiàn)在回想起來，我意識到勒杜阿林老師的工作的兩個主題——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）老師的實驗室做博士后。那時的我以為自己正探索的是與胚胎發(fā)育和感覺檢測相關(guān)的課題，可現(xiàn)在我覺得當(dāng)初的自己其實是在致力于通過科學(xué)研究回答兒時閱讀過的小說所提出的一些問題。

有哪些具體問題？

人類的重要行為從何而來？什么是天生的？經(jīng)驗的結(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？

在研究過程中，我一直試圖了解大腦如何控制本能行為：會有哪些信號？觸發(fā)這些行為的腦細(xì)胞群體是哪些？不同動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獲得者理查德·阿克塞爾。您是怎么進入他的實驗室工作的？

獲得博士學(xué)位后，我想先在美國工作幾年。那里的神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域非常活躍。我想體驗一下，然后回法國。在思考了各種可能性之后，我去了哥倫比亞大學(xué)阿克塞爾的實驗室。

我于1992年進入實驗室。當(dāng)時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)的工具來理解大腦的工作原理。

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

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。信息素是一類具有傳達信號功能的化學(xué)物質(zhì)，小鼠和其他許多動物在發(fā)生攻擊、交配和養(yǎng)育等行為時散發(fā)相對應(yīng)的信息素。我需要去尋找觸發(fā)小鼠本能行為的信號，而這方面工作基于信息素的受體與嗅覺的受體是密切相關(guān)的。

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

恰恰相反，他給予我工作的靈感和動力。他曾這樣說道：“在我的實驗室中，大家都研究著極為困難的問題。”他并不期待你馬上成功，而是希望你能努力奮斗——我當(dāng)然做到了這一點。在那兒的頭兩年，我極度焦慮，因為我的所有嘗試都沒能帶來任何成果。

但是理查德告訴我：“你正在嘗試解決一個非常棘手的問題。我想你會成功的。我只是不確定成功何時到來。”

對我來說，那是一個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。有時候我會想到琳達·巴克，那時的她在哈佛擁有自己的實驗室。我想：“在發(fā)現(xiàn)嗅覺受體之前，她在理查德的實驗室工作了10年。”但接著我又會對自己說：“好吧，你不像琳達那樣聰明，你可能需要15年時間！”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？

因為這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的。

小鼠和許多脊椎動物的鼻子里都有神經(jīng)元。它們稱為犁鼻器（VNO）。動物能通過VNO探測到同類散發(fā)的信息素，然后將此信息發(fā)送至大腦，進而驅(qū)動特定行為，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)的嗅覺受體，我建立了一個基因文庫，小鼠VNO中每個神經(jīng)元都是由文庫中的基因表達得到的。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，我第一個分離出了哺乳動物的信息素受體。

為什么說這一發(fā)現(xiàn)極具突破性？

信息素受體的發(fā)現(xiàn)為我們探究哺乳動物行為的觸發(fā)信號提供了可能。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驗。

我想說的是，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的結(jié)構(gòu)差異（至少對于哺乳動物來說是這樣的）。而我們發(fā)現(xiàn)實際情況更為復(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。可這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)生這種想法的實驗吧。

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

為了弄清這一點，我們敲除了小鼠VNO中的一個重要基因，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！可能會發(fā)生什么？因為周圍沒有雌性，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)突變小鼠會以相等頻率嘗試與二者交配。這說明突變體小鼠能交配，但無法區(qū)分交配對象的性別。

我們此前一直在研究VNO內(nèi)的一組特定神經(jīng)元——它們似乎專門負(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，不過依然會進行交配行為。

杜拉克發(fā)現(xiàn)，失去探測信息素能力的雄性小鼠會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)它們在缺少信息素提示的情況下表現(xiàn)出了接近雄性的行為特點：它們會爬到同類背上，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)——成年雌性動物的大腦中似乎也存在著可驅(qū)動典型雄性行為的腦回路，且能在特定情況下運轉(zhuǎn)起來。

您還針對小鼠的養(yǎng)育行為開展過類似實驗。您也對這些結(jié)果感到驚訝嗎？

哦，是的。大多數(shù)動物的大腦中都存在一些驅(qū)動雄性或雌性行為的特定機制。在大約50%或60%的哺乳動物物種當(dāng)中，母親負(fù)責(zé)扮演幼崽的養(yǎng)育和保護者，而雄性則往往對新生命漠不關(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，它也會照料它們。但假使你將一只尚未生育的雄性小鼠置于相同境地，它很可能會試圖殺死幼崽。

杜拉克并不覺得自己在職業(yè)生涯中遭受過很多歧視，但她意識到，即使是相當(dāng)隱蔽的性別歧視也會壓迫科學(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，剝奪其探測信息素的能力，故事的結(jié)局會怎樣。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，無論性別如何，小鼠的大腦中都存在觸發(fā)養(yǎng)育行為的回路。基于此發(fā)現(xiàn)，我們進一步確定了一種可表達甘丙肽——對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。據(jù)我所知，這是對社會行為神經(jīng)回路機理的第一次解構(gòu)。

這會給人類帶來什么影響嗎？

有影響，也沒有影響。小鼠檢測到的信號是相當(dāng)具有特異性的。人類和其他高等靈長類動物沒有犁鼻器用于感知信息素。然而，在所有脊椎動物中，控制基本行為的大腦區(qū)域被認(rèn)為具有進化保守性，尤其是下丘腦處控制進食、繁殖、交配和養(yǎng)育行為的部分。因此，很有可能我們在小鼠中發(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。我從未聽說過某種精神疾病會影響到這么多人，卻又很少為人們所談?wù)摗．a(chǎn)后抑郁的母親確實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)回路出了問題——推進養(yǎng)育行為的神經(jīng)群體的活動與傾向忽視的神經(jīng)群體的活動間的平衡被打亂，某些機制無法正常發(fā)揮作用。如果我們能更好地理解這一點，也許就可以找到針對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)生極大的社會影響。您覺得這種問題會困擾您嗎？

沒錯，這也是我在表達言論時態(tài)度很謹(jǐn)慎的原因。當(dāng)我在哈佛大學(xué)開啟自己的實驗時，我得到了這些有趣的結(jié)果：其中一只突變小鼠會與雄性和雌性都發(fā)生交配行為。但驅(qū)使它做出這種行為的神經(jīng)回路是人類所不具備的，因此小鼠的行為與人類的行為無關(guān)。

令我震驚的是，有些記者會得出這樣的結(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，我希望他們宣傳時保持低調(diào)。

您的職業(yè)生涯是否遭遇過很多性別歧視？

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

她已婚，有兩個孩子；她想做科研，但收到她申請的幾乎每個實驗室都回復(fù)她：“為什么要進行研究？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，但我有時也會注意到一些問題。例如，我去參加學(xué)術(shù)會議，在會議正式開始前的晚宴上，如果坐我鄰桌的男士沒有在席位卡上看到我的名字，我常常會感覺到，他似乎對我要說的內(nèi)容不感興趣。

接著，他發(fā)現(xiàn)我是那個做主題報告的人，然后就來找我，對我說：“哦，我的上帝，這真有趣。”這種事情已經(jīng)發(fā)生了很多次，非常滑稽。

您之前說自己在阿克塞爾實驗室完成博士后之后，打算返回法國。當(dāng)時發(fā)生了什么事情？

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

最重要的是，我希望擁有自己的實驗室，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，因為哈佛在大約5年內(nèi)就給了我終身職位。

資料來源 Quanta Magazine