为人父母的需求如此之大，以至于人们不禁想知道为什么任何成年人都会接受这一挑战。哺乳动物的幼崽尤其无助——在哺乳动物中，只有人类能够超越个体的牺牲，理解一个物种的生存取决于对幼崽的照顾。
然而，所有哺乳动物在成为父母后改变其行为的方式都具有显著的一致性。突然之间，它们被激发去照顾它们的幼崽，并知道如何喂养和庇护、抚养和保护新生婴儿。父母也会放弃大量的成人社交互动，无论是与其他小鼠交配还是与朋友一起去酒吧。“这意味着，照顾后代的动力存在着本能的或基因程序化的方面，”哈佛大学的神经科学家凯瑟琳·杜拉克说。但是，如果像育儿这样复杂且多变的行为是预先设定的，那会如何运作呢？ 本周在《自然》杂志上报道，杜拉克，也是霍华德·休斯医学研究所的研究员，和她的同事们提供了小鼠大脑中协调育儿行为的完整回路的布线图。这项研究标志着首次解构了复杂社会行为背后的脑回路结构。
他们描述的回路类似于航空公司使用的中心辐射式飞行路线系统，并依赖于一种表达信号分子加兰素的神经元。相对少量的这些加兰素神经元在大脑结构下丘脑中形成一个育儿指挥中心——内侧视前区 (MPOA) ，下丘脑负责控制从食欲到性欲的一切。响应来自大脑各处的感官输入，中心的神经元向至少 20 个下游加兰素神经元亚群发送不同的信息。就像一个机场航站楼根据目的地为乘客服务一样，这些被称为“池”的细胞亚群处理育儿行为的不同方面，例如梳理毛发的运动控制或激发育儿的动机。
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人类是否存在相同的回路尚不清楚。然而，下丘脑（最古老的大脑区域之一）和育儿行为通常在不同物种中表现出显著的一致性，尽管其他方面存在差异。用科学术语来说，它们是进化保守的。“由于婴儿非常脆弱，这些行为不太可能通过试错法来完成，”杜拉克实验室的博士后研究员、这项新研究的第一作者约翰内斯·科尔说。“这就是为什么我们认为在人类身上可能会发生类似的事情。”
斯坦福大学的生物学家劳伦·奥康奈尔说，这篇论文代表了在增进我们对社会行为如何在大脑中组装的理解方面的重要一步，他研究育儿行为的进化，但没有参与这项研究。“这项工作向我们展示了在大脑中应该关注哪里。它为我们提供了前进的道路。”
大量研究先前已经确定了参与亲代行为的各个大脑区域，包括内侧视前区。这些研究中的大多数是通过病变、破坏少量神经组织并评估由此产生的行为变化来完成的。该技术留下了许多关于涉及的特定细胞类型以及它们如何连接的未解之谜。 2014 年，杜拉克的实验室发现了 MPOA 中一组加兰素神经元的分子特性及其在育儿行为中的作用。研究人员使用基因和光学技术来开启或关闭它们的活动，改变了成年人对幼崽的反应方式。例如，激活通常会攻击和杀死幼崽的未交配雄性小鼠中的加兰素神经元，反而会引发梳理行为。
在确定了这组神经元的关键作用后，实验室开始回答下一个问题。“最大的谜团是，在小鼠大脑中 1 亿个神经元中，只有大约 6000 个神经元如何协调[育儿]行为，”科尔说。在假设存在一个覆盖整个大脑的回路后，他们开始使用杜拉克所称的“一系列”现代神经科学技术来解构它。其中包括光遗传学（其中光激活特定神经元）以及在动物清醒并积极进行育儿时进行成像。
通过追踪从下丘脑中心区域的神经元延伸出来的长纤维（称为轴突），研究小组仔细研究了他们发现的 20 个池中的 4 个的功能和解剖结构。一组轴突投射到中脑的导水管周围灰质，这是一个参与运动行为的区域。操纵该神经元池会影响梳理行为，但不会影响父母对幼崽的取回。腹侧被盖区 (VTA) 的一个池，一个与奖励相关的区域，控制着从事育儿任务的动机。当 VTA 神经元受到刺激时，雄性和雌性小鼠都会更加努力地跨越放置在它们和幼崽之间的障碍物。第三个投射到内侧杏仁核 (MeA)，这是一个情绪的场所，抑制了与其他成年人的竞争性社交互动，例如雄性对其他雄性的攻击。第四个投射到室旁下丘脑核，这是神经内分泌控制的关键区域。该区域调节与育儿相关的激素，如催产素、血管加压素和促皮质素释放激素。“即使是复杂的行为也可以分解为它的组成部分，然后这些组成部分可以映射到离散的、不重叠的神经元组，”科尔说。
有趣的是，这种回路让人想起运动神经元控制脊髓运动的方式。“当你行走、奔跑或游泳时，每块肌肉都需要由一个不同的神经元池来控制。正是这些不同池的协调功能使动物能够以流畅的方式移动，”杜拉克说。“育儿也发生了类似的事情。”既然这种模式已经发现了两次，那么其他大脑回路也可能共享相同的逻辑。“这是一个第一个模型，”杜拉克说。“我希望它会是其他行为控制中发现的一种主题。但是谁知道呢？”
另一个重要的发现是，雄性和雌性的育儿回路几乎相同，尽管它并非总是在雄性中处于活动状态。研究人员得出结论，加兰素神经元根据动物的性别和繁殖状态执行不同的输入计算。
虽然还有很长的路要走，但这项工作将来可能会有临床应用。例如，在产后抑郁症等疾病中，育儿的动机成分会扭曲。假设人类存在类似的回路，杜拉克说，“看看这些神经元在压力和抑郁模型中如何运作，以及是否可以进行干预以帮助缓解这些症状，将会很有趣。”
神经内分泌学家、塔夫茨大学的罗伯特·布里奇斯说，目前这项研究大大增加了我们对大脑如何运作以及其连接如何与特定行为相关的基本理解，他是育儿神经生物学的先驱。他补充说，这项工作是迄今为止对专门用于育儿的大脑回路的运作进行的“最细致的检查”。