雌性小鼠在神经科学研究中的案例
长期以来，小鼠一直是神经科学研究的核心部分，它提供了一个灵活的模型，科学家可以控制和研究，以更多地了解大脑复杂的内部运作。从历史上看，研究人员在实验中偏爱雄性小鼠而不是雌性小鼠，部分原因是担心雌性激素周期会导致行为变化，从而可能破坏结果。
但哈佛医学院的新研究挑战了这一观点，并表明对于许多实验来说，这种担忧可能没有道理。
这项于7月<>日发表在《当代生物学》上的研究结果显示，尽管荷尔蒙持续波动，雌性小鼠表现出比雄性同龄人更稳定的探索行为。
使用通常在实验室环境中研究的小鼠品系，研究人员分析了动物在自由探索开放空间时的行为。他们发现激素循环对行为的影响可以忽略不计，个体雌性小鼠之间的行为差异要大得多。此外，雄性的行为差异甚至大于雌性，无论是在小鼠内部还是在小鼠之间。
研究小组说，研究结果强调了将两性纳入小鼠研究的重要性。
“我认为这确实是强有力的证据，如果你正在研究自然主义的，自发的探索行为，你应该在你的实验中包括两性 - 它导致了这样的论点，在这种情况下，如果你只能选择一种性别来工作，你实际上应该在女性身上工作，”HMS布拉瓦特尼克研究所神经生物学教授Sandeep Robert Datta说。 他与东北大学的丽贝卡·尚斯基(Rebecca Shansky)共同领导了这项研究。
从啮齿动物到人类：偏见的历史
随着神经科学家努力更好地了解人类大脑，他们经常转向老鼠，达塔认为这是“了解大脑如何工作的旗舰脊椎动物模型”。
这是因为小鼠和人类大脑共享相当数量的结构组织和遗传信息，因此科学家可以很容易地操纵小鼠基因组来解决特定的实验问题并建立人类疾病的模型。
“我们对基因和神经回路之间以及神经活动和行为之间关系的大部分了解都来自小鼠的基础研究，小鼠模型很可能成为我们对抗各种神经和心理疾病的核心工具，”Datta说。
50多年来，研究人员在实验中优先使用雄性小鼠，而这种做法在神经科学中最为突出。事实上，2011年的一项分析发现，雄性小鼠的单性别神经科学研究是雌性小鼠的五倍多。随着时间的推移，这种做法导致对女性大脑的了解越来越差，这可能导致对女性精神和神经系统疾病的误诊，以及对女性有更多副作用的药物的开发——尚斯基在 2021 年《自然神经科学》上概述的问题。
动物研究中常见的性别代表性差异在历史上也反映在涉及人类受试者的研究中。
“这种偏见始于基础科学，但影响被纳入药物开发，并导致药物生产的偏见，以及药物如何适合不同性别，”主要作者Dana Levy说，HMS神经生物学研究员。例如，Levy指出，已知焦虑，抑郁和疼痛等疾病在雌性小鼠和女性中的表现与在早期药物测试中更常用的雄性小鼠不同。
为了解决科学研究中的性别偏见问题，美国国立卫生研究院于2016年发布了一项政策，要求研究人员在实验中包括男性和女性受试者和样本。然而，跨科学学科和神经科学的后续研究特别表明，进展缓慢。
达塔说，神经科学中这种长期存在的偏见的原因很复杂，“部分原因是普通的性别歧视，部分是保守主义，因为人们已经研究雄性小鼠很长时间了，以至于他们不想做出改变。
然而，Datta说，排除雌性小鼠的最大原因可能源于一种普遍的假设，即它们的行为受到雌激素和黄体酮等激素的周期性变化的广泛影响 - 月经周期的啮齿动物版本，称为发情周期。根据Datta和Levy的说法，发情状态已知对小鼠的某些社交和性行为有很强的影响。然而，关于发情状态在其他行为背景下影响的数据是混合的，导致达塔所谓的“文献中真正的分歧”。
“我们想衡量发情周期似乎对探索的基本模式有多大影响，”达塔说。“我们的问题是，小鼠荷尔蒙状态的这些持续变化是否以一种让研究人员感到困惑的方式影响其他神经回路。
“我们假设，像其他人一样，增加女性只会使我们的实验复杂化，”利维补充道，“所以我们说，'为什么不测试这个。
测试假设
研究人员在圆形开放领域研究了来自普通实验室小鼠品系的基因相同的雄性和雌性 - 这是行为神经科学实验的标准实验室设置。在实践中，测试涉及将鼠标放入 5 加仑的家得宝桶中 20 分钟，并使用相机以 3D 方式记录鼠标在自由探索空间时的动作和行为。研究人员擦拭每只雌性小鼠以确定其发情状态，并多次对同一只小鼠重复桶测试。
该团队使用MoSeq分析了视频，MoSeq是实验室先前开发的一种人工智能技术。该技术使用机器学习算法将鼠标的运动分解为大约50个不同的“音节”或肢体语言的组成部分：短而单一的动作，如抬起，暂停，踩踏或转身。借助MoSeq，研究人员收集了有关每次会话期间小鼠行为结构和模式的深入，高分辨率数据。
研究人员发现，发情状态对雌性小鼠的探索行为几乎没有影响。相反，雌性小鼠的行为模式往往比整个发情周期的变化大得多。
“如果你给我任何随机的视频，我可以告诉你这是哪只老鼠。这就是行为模式的个性化程度，“达塔说，这表明在行为研究中，”数据变化的一个主要方面是个体具有微妙不同的生活史。
当研究人员比较雌性和雄性小鼠时，他们发现了一些令他们惊讶的事情：雄性也表现出行为的个性，但它们在一只小鼠内和小鼠之间比雌性有更多的行为变异。
“人们一直在假设我们可以使用雄性小鼠在实验内和实验之间可靠地进行比较，但我们的数据表明，尽管雌性小鼠具有发情周期，但它们的行为更稳定，”Datta说。
变革案例
Datta指出，科学家们普遍认为，从公平的角度来看，包括雌性小鼠很重要，但有些人仍然担心这可能会使他们的研究复杂化。对他来说，新发现为在实验中使用雌性小鼠提供了强有力的科学依据。
“女性行为更可靠的事实表明，在许多情况下，包括女性实际上可能会降低数据的整体可变性，”Datta说。
根据他们的发现，Datta实验室的研究人员已经在其他涉及圆形开放场测试的实验中从雄性小鼠转向混合组或雌性小鼠。
Datta警告说，该研究仅在一个实验室设置中查看一种小鼠品系，因此如果没有进一步的测试，结果就无法推广到其他品系和设置。然而，他指出，菌株和设置通常用于神经科学研究，包括早期药物开发，以测试潜在药物如何影响小鼠运动。
达塔说，研究结果“应该鼓励在这种情况下对药物开发感兴趣的人将两性都纳入他们的分析中。
现在，Datta和Levy有兴趣探索超越荷尔蒙状态的内部状态，如饥饿，口渴，疼痛和疾病，如何影响小鼠的探索行为。
“问题是，在你当前的内部状态和个人身份之间的这场拉锯战中，谁会赢，”利维解释说。
他们还想更深入地研究他们在研究中看到的小鼠行为个体性的神经基础。
“我对我们观察到的个体之间的稳定变化感到震惊 - 就像这些老鼠真的是个体一样，”达塔说。“我们习惯于将实验室鼠标视为可互换的小部件，但它们根本不是。那么，是什么控制了这些个性化的行为模式呢?
“我们想了解个性的机制：个体之间的变异性是如何产生的，它如何影响行为，什么可以改变它，以及哪些大脑区域支持它，”利维补充道。
为此，Datta实验室正在研究小鼠从出生到死亡的行为，以了解个体化的行为模式如何在发育过程中出现和结晶，以及它们在整个生命中如何变化。
研究人员还希望他们的工作将为更严格的定量研究打开大门，研究发情周期是否以及如何影响其他情况下的小鼠行为，例如完成复杂任务。
“这是一个非常有趣的例子，说明影响我们进行和设计科学方式的假设有时只是假设 - 直接测试它们很重要，因为有时它们不是真的，”利维说。