狨猴亲社会行为的神经机制研究

Empathy and prosocial behaviors are hot topics of systemic neurobiology in recent years. Establishing non-human primate models of prosocial behaviors has an important significance for studying the neural mechanism underlying empathy and prosocial behaviors in humans. Marmosets (Callithrix jacchus) are the smallest non-human primates, and easy to be controlled and used in the behavioral and physiological studies. The brain structure of marmoset is highly similar to that of human. More importantly, marmosets are highly social, and live in monogamic families, similar to that of humans. Marmoset parents cooperatively raise their offsprings together. However, little is known about the empathy and prosocial behaviors in marmosets. In this project, we will use marmosets as an animal model to establish a behavioral paradigm of prosocial behaviors, especially based on rescue behaviors. Our preliminary results show that marmoset parents rescue their infants, and this rescue behaviors largely depend on the age of infants. Then, we will use functional magnetic resonance imaging (fMRI), two-photon calcium imaging, electrophysiology, chemical genetics and optogenetics techniques to explore the neural circuit underlying this prosocial rescue behaviors. This study will provide a new non-human primate model to study the neural mechanism underlying empathy and proscoial behaviors, which will be useful for developing new methods in the treatment of empathy disorder and antisocial personality disorder in humans.

共情和亲社会行为是近年来系统神经科学的研究热点。建立共情和亲社会行为的非人灵长类动物模型对于研究人类共情的神经机制具有重要的意义。狨猴作为最小的非人灵长类动物，易于开展神经机制研究，并且狨猴高度社会化，具有与人类相似的一夫一妻家庭结构，父母共同抚养子代。然而，目前对于狨猴的共情和亲社会行为研究仍然十分有限。本项目将以解救行为为基础，建立客观评价狨猴亲社会行为的实验范式。我们预实验结果表明狨猴对其幼崽具有明显的解救行为，且该行为具有年龄依赖性，随着幼崽年龄增大，解救行为明显减少。下一步，我们将通过清醒狨猴的功能磁共振成像技术确定该解救行为相关的脑区，进而采用双光子钙成像，电生理、化学遗传学和光遗传学等多种技术手段，解析狨猴解救行为的神经环路和神经元编码机制。本课题将为研究亲社会行为提供新的模式动物，有助于我们了解人类亲社会行为的神经机制，为共情障碍、反社会型人格等相关疾病提供新的解决思路。

亲社会行为是一类使他人受益的行为，在人类社会中广泛存在并扮演重要角色，而共情被认为是其重要的产生动机和认知基础。狨猴作为一种新兴的小型非人灵长类动物模型，具有丰富的语音交流、与人类相似的一夫一妻制家庭结构以及父母共同抚育后代的特点，这些习性提示狨猴是潜在的研究人类亲社会行为及其神经机制的理想动物模型。本研究首次建立了一种基于解救的行为学范式来客观评估狨猴的亲社会性。在该范式中，解救者需要越过水面跳入孤岛，然后释放被囚禁的狨猴。利用该研究范式，我们发现当家庭中有新生幼崽时，狨猴父母表现出很强的动机去解救幼崽，不仅限于自家幼崽，也可以拓展到其他家庭的新生幼崽。该解救行为随着幼崽年龄的增大而逐渐减少，狨猴父母几乎不再解救两月龄以上的幼崽（青少年猴）。通过比较被囚禁的新生幼崽和青少年猴的叫声，我们发现被囚禁的新生幼崽发出的叫声种类和数量显著高于被囚禁的青少年猴，并且幼崽叫声可以诱发狨猴父母的解救幼崽行为，但是青少年猴则无法诱发该行为。此外，幼崽或幼崽叫声引发的解救幼崽行为依赖于狨猴的家庭结构，只发生在有新生幼崽的父母中。我们进一步研究了狨猴配偶之间的互相解救行为，发现在有新生幼崽的家庭中，幼崽叫声可以显著促进父母之间的互相解救，对没有新生幼崽的狨猴配偶没有显著影响。上述解救幼崽和解救配偶行为表明家庭中有幼崽可以显著促进狨猴父母的亲社会性。利用清醒狨猴的功能磁共振成像技术，我们发现幼崽叫声可以显著激活有新生幼崽的狨猴父母的特定脑区，如听皮层和岛叶皮层，而对于家庭中无幼崽的成年狨猴的相关脑区没有显著激活。综上所述，家庭中有新生幼崽可以改变狨猴父母的大脑活动，进而促进其亲社会性。本研究提供了一个研究狨猴家庭亲社会性的新范式并研究狨猴家庭内部亲社会行为，将有助于我们探索人类亲社会行为的进化起源和神经机制。