解开控制脊椎动物繁殖行为的信号线索

脊椎动物大脑如何将信息从外部社会线索和内部生理国家进行整合，以产生适当的行为？这是路易斯安那州立大学（LSU）Karen Maruska博士和她的研究团队（LSU）的重要问题是努力回答。Maruska博士领导了一项研究小组，使用鱼类模型来调查动物过程如何处理和将多思源社会提示转化为繁殖和生存的背景特定行为。

动物包括人类，生活在多福管世界，使用许多感官渠道在关键行为情况下进行通信。外部多思科或多模式信号包括：视觉，化学敏感（气味和味道），听觉（声音），触觉（触摸）和机械感，（例如，压力或振动）提示。这些信号传达了关于发件人状态的重要信息，并且必须与接收者的内部生理状态集成，以便将其转换为适应性行为，例如，参与求爱和繁殖的人。

路易斯安那州立大学发生了一些可疑的事情
Maruska博士的团队使用非洲慈鲷鲷作为研究模型。鱼类是这项工作的一个极好的模型，因为它们是最大和最多样化的脊椎动物群体，它们有很好的社会行为描述，在实验中很容易操纵。这种模型的可用性提供了一个机会来研究基本的神经元和感觉功能，以及这些功能如何与比较和进化背景下的近似和最终行为机制相关。

具体来说，该小组研究了慈鲷的大脑如何处理单模态和多模态的感觉信息，感觉系统如何影响行为，以及慈鲷内部激素或营养状态的自然波动如何影响神经功能和行为结果。为了揭示调控动物生殖行为的机制的新见解，该团队使用了多种方法，包括:激素分析、录音、高级显微镜、大脑记录、分子技术和行为分析。

教科书上关于生殖过程中交流的比较神经控制的讨论基本上是不存在的

交配还是不交配?
在生殖过程中，占主导地位的雄性慈鲷鱼变得鲜艳着色，并执行求爱行为，以诱使将女性传播到他们的领土产卵。一种性接受的（妊娠）女性进入境内，产卵，并立即在嘴里捡起它们。在此之后，男性将他的身体朝着女性掠夺，这导致她在他所谓的鸡蛋斑点上咬人，这看起来非常类似于女性鸡蛋。这项动作刺激了雄性以释放精子，然后施肥，这会施肥已经存在于女性嘴里的卵。然后将受精卵饲养在女性的嘴里（嘴巴沉着），而年轻人在大约两周后释放。

雌性是如何使用雄性求爱信号的?这些信号在雌性大脑中的什么位置与她的内在状态相结合，从而产生合适的行为?换句话说，雌性如何决定是否与某个雄性交配?这些问题是Maruska博士工作的中心。

颜色和雄性颤抖等视觉信号在慈鲷交配中的作用已被深入研究;然而，研究人员一直无法仅通过视觉交流来解释慈鲷的多样性。在求偶期间，雌性慈鱼会受到占主导地位的雄性的各种刺激，包括颜色、动作、声音和化学物质，直到几年前，其他感官通道如听觉系统的作用实际上还没有被探索过。Maruska博士和她的团队在这一领域取得了重大进展。

慈鲷繁殖的声学
作为斯坦福大学的博士后学者，Maruska博士利用录音分析揭示了雄性丽鱼科鱼类在接近怀孕的雌性时故意发出求爱的声音，而且这些声音与雌性的听觉能力在谱上是一致的。雌性妊娠时对这些声音更敏感,和与此同时增加水平的主要女性性激素雌二醇和提高水平的酶产生雌二醇(芳香)在几个听觉处理和决策的大脑区域。行为实验显示，怀孕的雌性更容易被雄性求爱的声音所吸引，而不是非特定的噪音，这突出了声音线索在雌性选择配偶时的重要性。

这项工作提供了第一个证据，表明声学通信作为慈鲷繁殖过程中多通道信号的重要组成部分。它还表明，对这种声音信息的感知会根据接收者的内部生理状态(即女性的荷尔蒙状态)而改变。

化学感觉信号在慈鲷社会交往中的作用
Maruska博士的研究还证明，显性雄性CICHLIDS在生殖和领土情况下调节它们的尿液释放，这表明尿液可能是一个重要的社会信号。当视觉暴露于妊娠女性时，雄性释放尿液较早，并且视觉和化学信号的组合导致了比视觉线索更多的求爱行为。

除了关于声学通信的工作之外，这些发现还突出了非视觉感觉方式在生殖行为中的作用。显着，当雄性在视觉上和化学到其他鱼类上同时暴露时，增强了生殖和领土行为，而不是单独的视觉暴露，表明了在调节行为中的多式联运信号传导的力量。最近由博士生在实验室中完成的工作Karen Field，已表明，女性在存在中，在占主导地位的男性和口感的女性（侵略迹象）的存在下也使用化学感官信号，并且这与高度保守的社会决定的激活一致- 大脑的制造区域。本集团亚历山大尼科诺夫博士的高级研究助理也来自这些同一大脑区域的单一神经元录制，以确定女性释放的该化学感应信息如何在男性的大脑中处理。与以前的工作相结合，这些发现说明了单一鱼类的两性中的真正的化学感受通信，并揭示了神经基质（即大脑的部分），其在女性中调解性和侵略性的社会行为。

绘制大脑对多模态刺激的反应
在以前的成就上，Maruska博士现在在一个雄心勃勃的国家科学基金会资助项目中领导她的团队（博士生Teisha King，以及几家本科研究人员），该项目将使用行为，蜂窝和分子分析来揭示多峰信号的进一步光线在雌性CICHLID的大脑中表示，作为所有脊椎动物的模型。具体地，该项目旨在识别基于多模式信号的接收以及神经激活模式是否受到雌性生殖状态的影响的神经基质。

初步研究结果显示，在面对求爱的雄性时，雌性和其他雌性之间的大脑活动存在明显差异，研究小组由此确定了大脑中参与接收和处理此类信号的部位。

这项工作是及时的，将改变我们目前对脊椎动物大脑中感官输入、生殖状态和行为回路相互作用的理解

这可能对社会意味着什么？
Maruska博士的工作表明，慈鲷鱼中的沟通在两性中都是多式联的和非冗余的，由此每个感官通道（视觉，声学或化学感应感染）传达不同的消息。该工作还发现，当视觉和声学或视觉和化学感受，信息同时传达时，视觉信息占主导地位。该小组目前还调查如何影响鱼类行为，生理学和感官能力的人为噪声（人类引起的噪音），该项目由博士学生朱莉管家领导的项目。这项工作可能对我们如何考虑环境噪声，城市化和气候变化对鱼类和其他脊椎动物的生存的影响有影响。

雌性慈鲷是用嘴孵卵的，它们必须能够在繁殖周期内迅速改变自己的进食行为。一旦孵化开始，它们就会迅速停止进食以保护正在发育的幼崽，而一旦幼崽被释放，它们就会继续进食，为后续的繁殖尝试恢复能量。是什么控制着这些开关，大脑又是如何控制女性的进食欲望的呢?这些有趣的问题是目前由美国国家科学基金会资助的Maruska博士小组(与Reed学院的Suzy Renn博士合作)的另一个重点，并将阐明喂养和产妇护理行为的神经基础。这些答案甚至可能提高我们对人类饮食失调的理解。

The long-term goal of Dr Maruska’s research is to gather a complete picture of how a species communicates during reproductive and aggressive contexts using multisensory systems, and how this sensory processing and behaviour can be influenced by the animal’s internal physiology, such as hormone levels, reproductive state, or social status. All animals live in a multisensory world, sending and receiving information in multiple sensory channels, yet many previous studies examine only a single sensory modality at a time. Accounting for multisensory signals and inputs better represents an animal’s natural world, providing new meaningful data on how animals use this information for behavioural decisions. Deciphering how all of these processes work will significantly advance our understanding of how the vertebrate brain regulates social behaviours, and will likely overlap with other research disciplines, such as: psychology, evolution, and cognitive neuroscience.