長期以來，小鼠一直是神經(jīng)科學(xué)研究的核心部分，它提供了一個靈活的模型，科學(xué)家可以控制和研究，以更多地了解大腦復(fù)雜的內(nèi)部運作。從歷史上看，研究人員在實驗中偏愛雄性小鼠而不是雌性小鼠，部分原因是擔(dān)心雌性激素周期會導(dǎo)致行為變化，從而可能破壞結(jié)果。

但哈佛醫(yī)學(xué)院的新研究挑戰(zhàn)了這一觀點，并表明對于許多實驗來說，這種擔(dān)憂可能沒有道理。

這項于7月<>日發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》上的研究結(jié)果顯示，盡管荷爾蒙持續(xù)波動，雌性小鼠表現(xiàn)出比雄性同齡人更穩(wěn)定的探索行為。

使用通常在實驗室環(huán)境中研究的小鼠品系，研究人員分析了動物在自由探索開放空間時的行為。他們發(fā)現(xiàn)激素循環(huán)對行為的影響可以忽略不計，個體雌性小鼠之間的行為差異要大得多。此外，雄性的行為差異甚至大于雌性，無論是在小鼠內(nèi)部還是在小鼠之間。

研究小組說，研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了將兩性納入小鼠研究的重要性。

“我認(rèn)為這確實是強(qiáng)有力的證據(jù)，如果你正在研究自然主義的，自發(fā)的探索行為，你應(yīng)該在你的實驗中包括兩性 - 它導(dǎo)致了這樣的論點，在這種情況下，如果你只能選擇一種性別來工作，你實際上應(yīng)該在女性身上工作，”HMS布拉瓦特尼克研究所神經(jīng)生物學(xué)教授Sandeep Robert Datta說。 他與東北大學(xué)的麗貝卡·尚斯基(Rebecca Shansky)共同領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。

從嚙齒動物到人類：偏見的歷史

隨著神經(jīng)科學(xué)家努力更好地了解人類大腦，他們經(jīng)常轉(zhuǎn)向老鼠，達(dá)塔認(rèn)為這是“了解大腦如何工作的旗艦脊椎動物模型”。

這是因為小鼠和人類大腦共享相當(dāng)數(shù)量的結(jié)構(gòu)組織和遺傳信息，因此科學(xué)家可以很容易地操縱小鼠基因組來解決特定的實驗問題并建立人類疾病的模型。

“我們對基因和神經(jīng)回路之間以及神經(jīng)活動和行為之間關(guān)系的大部分了解都來自小鼠的基礎(chǔ)研究，小鼠模型很可能成為我們對抗各種神經(jīng)和心理疾病的核心工具，”Datta說。

50多年來，研究人員在實驗中優(yōu)先使用雄性小鼠，而這種做法在神經(jīng)科學(xué)中最為突出。事實上，2011年的一項分析發(fā)現(xiàn)，雄性小鼠的單性別神經(jīng)科學(xué)研究是雌性小鼠的五倍多。隨著時間的推移，這種做法導(dǎo)致對女性大腦的了解越來越差，這可能導(dǎo)致對女性精神和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的誤診，以及對女性有更多副作用的藥物的開發(fā)——尚斯基在 2021 年《自然神經(jīng)科學(xué)》上概述的問題。

動物研究中常見的性別代表性差異在歷史上也反映在涉及人類受試者的研究中。

“這種偏見始于基礎(chǔ)科學(xué)，但影響被納入藥物開發(fā)，并導(dǎo)致藥物生產(chǎn)的偏見，以及藥物如何適合不同性別，”主要作者Dana Levy說，HMS神經(jīng)生物學(xué)研究員。例如，Levy指出，已知焦慮，抑郁和疼痛等疾病在雌性小鼠和女性中的表現(xiàn)與在早期藥物測試中更常用的雄性小鼠不同。

為了解決科學(xué)研究中的性別偏見問題，美國國立衛(wèi)生研究院于2016年發(fā)布了一項政策，要求研究人員在實驗中包括男性和女性受試者和樣本。然而，跨科學(xué)學(xué)科和神經(jīng)科學(xué)的后續(xù)研究特別表明，進(jìn)展緩慢。

達(dá)塔說，神經(jīng)科學(xué)中這種長期存在的偏見的原因很復(fù)雜，“部分原因是普通的性別歧視，部分是保守主義，因為人們已經(jīng)研究雄性小鼠很長時間了，以至于他們不想做出改變。

然而，Datta說，排除雌性小鼠的最大原因可能源于一種普遍的假設(shè)，即它們的行為受到雌激素和黃體酮等激素的周期性變化的廣泛影響 - 月經(jīng)周期的嚙齒動物版本，稱為發(fā)情周期。根據(jù)Datta和Levy的說法，發(fā)情狀態(tài)已知對小鼠的某些社交和性行為有很強(qiáng)的影響。然而，關(guān)于發(fā)情狀態(tài)在其他行為背景下影響的數(shù)據(jù)是混合的，導(dǎo)致達(dá)塔所謂的“文獻(xiàn)中真正的分歧”。

“我們想衡量發(fā)情周期似乎對探索的基本模式有多大影響，”達(dá)塔說。“我們的問題是，小鼠荷爾蒙狀態(tài)的這些持續(xù)變化是否以一種讓研究人員感到困惑的方式影響其他神經(jīng)回路。

“我們假設(shè)，像其他人一樣，增加女性只會使我們的實驗復(fù)雜化，”利維補(bǔ)充道，“所以我們說，'為什么不測試這個。

測試假設(shè)

研究人員在圓形開放領(lǐng)域研究了來自普通實驗室小鼠品系的基因相同的雄性和雌性 - 這是行為神經(jīng)科學(xué)實驗的標(biāo)準(zhǔn)實驗室設(shè)置。在實踐中，測試涉及將鼠標(biāo)放入 5 加侖的家得寶桶中 20 分鐘，并使用相機(jī)以 3D 方式記錄鼠標(biāo)在自由探索空間時的動作和行為。研究人員擦拭每只雌性小鼠以確定其發(fā)情狀態(tài)，并多次對同一只小鼠重復(fù)桶測試。

該團(tuán)隊使用MoSeq分析了視頻，MoSeq是實驗室先前開發(fā)的一種人工智能技術(shù)。該技術(shù)使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法將鼠標(biāo)的運動分解為大約50個不同的“音節(jié)”或肢體語言的組成部分：短而單一的動作，如抬起，暫停，踩踏或轉(zhuǎn)身。借助MoSeq，研究人員收集了有關(guān)每次會話期間小鼠行為結(jié)構(gòu)和模式的深入，高分辨率數(shù)據(jù)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，發(fā)情狀態(tài)對雌性小鼠的探索行為幾乎沒有影響。相反，雌性小鼠的行為模式往往比整個發(fā)情周期的變化大得多。

“如果你給我任何隨機(jī)的視頻，我可以告訴你這是哪只老鼠。這就是行為模式的個性化程度，“達(dá)塔說，這表明在行為研究中，”數(shù)據(jù)變化的一個主要方面是個體具有微妙不同的生活史。

當(dāng)研究人員比較雌性和雄性小鼠時，他們發(fā)現(xiàn)了一些令他們驚訝的事情：雄性也表現(xiàn)出行為的個性，但它們在一只小鼠內(nèi)和小鼠之間比雌性有更多的行為變異。

“人們一直在假設(shè)我們可以使用雄性小鼠在實驗內(nèi)和實驗之間可靠地進(jìn)行比較，但我們的數(shù)據(jù)表明，盡管雌性小鼠具有發(fā)情周期，但它們的行為更穩(wěn)定，”Datta說。

變革案例

Datta指出，科學(xué)家們普遍認(rèn)為，從公平的角度來看，包括雌性小鼠很重要，但有些人仍然擔(dān)心這可能會使他們的研究復(fù)雜化。對他來說，新發(fā)現(xiàn)為在實驗中使用雌性小鼠提供了強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)。

“女性行為更可靠的事實表明，在許多情況下，包括女性實際上可能會降低數(shù)據(jù)的整體可變性，”Datta說。

根據(jù)他們的發(fā)現(xiàn)，Datta實驗室的研究人員已經(jīng)在其他涉及圓形開放場測試的實驗中從雄性小鼠轉(zhuǎn)向混合組或雌性小鼠。

Datta警告說，該研究僅在一個實驗室設(shè)置中查看一種小鼠品系，因此如果沒有進(jìn)一步的測試，結(jié)果就無法推廣到其他品系和設(shè)置。然而，他指出，菌株和設(shè)置通常用于神經(jīng)科學(xué)研究，包括早期藥物開發(fā)，以測試潛在藥物如何影響小鼠運動。

達(dá)塔說，研究結(jié)果“應(yīng)該鼓勵在這種情況下對藥物開發(fā)感興趣的人將兩性都納入他們的分析中。

現(xiàn)在，Datta和Levy有興趣探索超越荷爾蒙狀態(tài)的內(nèi)部狀態(tài)，如饑餓，口渴，疼痛和疾病，如何影響小鼠的探索行為。

“問題是，在你當(dāng)前的內(nèi)部狀態(tài)和個人身份之間的這場拉鋸戰(zhàn)中，誰會贏，”利維解釋說。

他們還想更深入地研究他們在研究中看到的小鼠行為個體性的神經(jīng)基礎(chǔ)。

“我對我們觀察到的個體之間的穩(wěn)定變化感到震驚 - 就像這些老鼠真的是個體一樣，”達(dá)塔說。“我們習(xí)慣于將實驗室鼠標(biāo)視為可互換的小部件，但它們根本不是。那么，是什么控制了這些個性化的行為模式呢?

“我們想了解個性的機(jī)制：個體之間的變異性是如何產(chǎn)生的，它如何影響行為，什么可以改變它，以及哪些大腦區(qū)域支持它，”利維補(bǔ)充道。

為此，Datta實驗室正在研究小鼠從出生到死亡的行為，以了解個體化的行為模式如何在發(fā)育過程中出現(xiàn)和結(jié)晶，以及它們在整個生命中如何變化。

研究人員還希望他們的工作將為更嚴(yán)格的定量研究打開大門，研究發(fā)情周期是否以及如何影響其他情況下的小鼠行為，例如完成復(fù)雜任務(wù)。

“這是一個非常有趣的例子，說明影響我們進(jìn)行和設(shè)計科學(xué)方式的假設(shè)有時只是假設(shè) - 直接測試它們很重要，因為有時它們不是真的，”利維說。