勝利的果蠅─勝利者效應是否能在大腦中找到蛛絲馬跡?

勝利者效應(The winner effect)、階級複製(reproduction of class inequality)是當今社會熱門的議題，中國浙江大學的胡海嵐教授所領導的團隊，這10年來以老鼠大腦為研究對象，發現老鼠大腦的視丘到前額葉皮質的神經迴路，影響老鼠的勝利者效應[1-2]。

那麼果蠅這樣相對於老鼠有著更簡單的大腦(即便仍然非常複雜)，首先我們要釐清果蠅的社交互動也是非常多樣的─包含求偶、打架、展翅、抵擋、理毛等等(如圖)。Lunge是此篇研究的核心，這個行為會分為執行者和接收者，執行者會用前腳跨在後者的身上。那麼在這樣的果蠅社會中，是否也存在勝利者效應呢？ 來自Janelia Research Campus的Ulrike Heberlein所帶領的團隊，發現這樣的勝利者效應存在在果蠅社群中，發表在PNAS上[3]。

首先作者需要想辦法誘導出勝利者和失敗者，才得以比較後續的行為。過去的研究發現DH44R1這個基因會影響雄性果蠅的攻擊性行為(aggression)，若阻止這個基因表現，當果蠅被單獨培養時(singly housed, SH)，也就是社交孤立(social isolation)，重新融入社會時，會有較高的攻擊行為。反過來若是在和雌性處女果蠅一起培養時(group housed, GH)，會有較少的攻擊行為。

作者將控制組的果蠅(wild type, Canton S)分別和上述有較高攻擊性的果蠅、較無攻擊性的果蠅，形成兩組配對，放在同一個空間半小時，讓他們進行社交互動，總共進行三次，如此控制組的果蠅在與攻擊性較高的果蠅相處後，就會變成失敗者；反過來在與攻擊性較弱的果蠅相處後，就會成為勝利者。最後作者把有配對的果蠅和沒有進行配對的果蠅再放入同一個空間，看攻擊行為(lunge)發生的比例。

沒配對的果蠅彼此間發生的攻擊行為是一半一半，勝利者果蠅會顯著有較高的七成(互動中的攻擊行為的比例)攻擊行為，而失敗者果蠅則會有顯著的七成(互動中的攻擊行為的比例)被攻擊的行為。簡言之，勝利者和沒配對的果蠅相處時會比較愛攻擊，失敗者和沒配對的果蠅相處時會比較容易被攻擊。這樣的失敗者效應隨著時間拉長(三天)，效果會降低。

而這個勝利或失敗的結果，在果蠅大腦中的會產生喜歡或厭惡的感覺，在剛才的訓練中，若同時給予氣味，之後在訓練結束後去測試果蠅對於這個氣味的反應，作者發現勝利者果蠅喜歡這個氣味，會趨向這個氣味，相反的失敗者果蠅會討厭這個氣味，遠離這個氣味。這樣的氣味記憶和果蠅大腦的蕈狀體神經迴路有關，當多巴胺神經元(MP1)以及其下游的輸出神經元(MVP2)的神經傳導被抑制時，這樣的氣味記憶就不會形成。

最後作者發現勝利者效應和失敗者效應是會泛化到其他行為的，勝利者會變得更勇敢(敢跨過縫隙，gap crossing)、更敢求偶(猶豫時間較短, shorter courtship latency)、也更積極的在未知的空間中探索。

筆者認為此研究很有趣，勝利者效應調整了整個大腦的內在狀態(internal state)，並影響到各種行為。然而可惜的是，作者沒有嘗試抑制蕈狀體的神經迴路看是否不會再有勝利者效應的存在，作者僅提供對於氣味的偏好記憶不再存在，但並沒有研究是否會影響到勝利這個效應的存在。這個部分可以分為兩個層次─首先，果蠅對於勝利的經驗的記憶是否還會存在。其二，是否沒了勝利的記憶，果蠅不記得自己是勝利者，也就不會有勝利者的效應存在(不會那麼勇敢等)。在此有個簡單的實驗，若我們正常訓練果蠅，沒有氣味配對，最後測試時才抑制蕈狀體峽谷細胞的神經傳導，抑制記憶的提取。若不再有勝利者效應，代表很可能勝利者效應和記憶有關，且這記憶是由蕈狀體峽谷細胞介導的。

果蠅打架(lunge):

https://www.youtube.com/watch?v=gJ-U9_4htlU

果蠅社交互動social interaction:

撰稿者：強敬哲 C.C. Charng

參考資料:

1. Wang, F., Zhu, J., Zhu, H., Zhang, Q., Lin, Z., & Hu, H. (2011). Bidirectional control of social hierarchy by synaptic efficacy in medial prefrontal cortex. Science, 334(6056), 693-697.

2. Zhou, T., Zhu, H., Fan, Z., Wang, F., Chen, Y., Liang, H., ... & Hu, H. (2017). History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance. Science, 357(6347), 162-168.

3. Kim, Y. K., Saver, M., Simon, J., Kent, C. F., Shao, L., Eddison, M., ... & Heberlein, U. (2018). Repetitive aggressive encounters generate a long-lasting internal state in Drosophila melanogaster males. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(5), 1099-1104.

4. Aranha, M. M., & Vasconcelos, M. L. (2018). Deciphering Drosophila female innate behaviors. Current opinion in neurobiology, 52, 139-148.