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社交参与不足可诊断多种神经发育障碍，包括自闭症和精神分裂症。像斑马鱼这样的遗传易处理动物模型可以对这些社会障碍背后的发展因素提供宝贵见解，但是这种方法的前提是能够准确，可靠地量化细微的行为变化。同样，表征局部分子和形态表型需要了解社会行为的神经解剖学相关性。我们利用斑马鱼中的行为和遗传工具来加深我们对社会行为的了解，并确定对推动其行为的重要大脑区域。我们描述了成年斑马鱼对之间的视觉社会互动，并发现他们表现出一种刻板的定向行为，反映出社会的关注。此外，在成对的鱼中，一个个体的定向行为是驱动另一个个体相同行为的主要因素。我们使用人工和遗传损伤来研究前脑对这种行为的贡献，并确定了腹侧端脑中的神经元群，其消融抑制了社会互动，同时保留了其他运动和视觉行为。这些神经元是胆碱能的，并表达编码小鼠前脑胆碱能神经元所需的转录因子Lhx8a的基因。斑马鱼中鉴定出的神经元种群位于与哺乳动物前脑区域同源的区域，该区域涉及社会行为。我们的数据表明，进化上保守的神经元群体控制了斑马鱼的社会定向。
斑马鱼的社会互动：成年斑马鱼在野外和实验室都有很强的聚集和学习的动机。由于斑马鱼具有这种天生的社交能力，因此它越来越成为了解影响社会行为的潜在遗传和发育机制的流行模式。当斑马鱼成对居住时，它们表现出类似于平行游动和转向伴侣的行为。众所周知，斑马鱼会根据社会刺激的参数（如数量、位置和速度）来改变它们的行为，这些社会互动在多大程度上是由同一特定刺激的行为所驱动的，这还不清楚。现有指标（例如距特定对象的距离）可能对社交互动的更细微部分的中断（例如行为刺激的重要性）不敏感。为了解决这个缺点，我们设计了一个严格的视觉测试来诱导社会行为，它由一个单独的容器和一块电致变色膜组成，，电致变色膜可以从不透明变为透明。我们在成年鱼身上发现了一种刻板的定向模式，类似于先前在幼鱼身上描述的行为，这种现象发生在个体鱼受到社会刺激时出现，即邻近鱼缸中的鱼。我们发现，在这些鱼群中，当可见社会刺激时，相对于电致变色膜分隔器的方向在45°至90°之间的方向瞬时增加，在5分钟内恢复到原状。这些结果表明，斑马鱼通过定向体轴与特定物种相互作用，并且在我们的分析中它们习惯于社交刺激。先前的研究表明，这种行为可以反映斑马鱼的社会关注度，从而支持了我们实验中定向的相关性。同样，定向指标与到分隔线的平均距离高度相关，分隔线是其他鱼类社交互动研究中常用的社交偏好度量。为了确定这种行为是否明确地是社会性的并且是由特定物种驱动的，我们使用一个空缸或一个新物体进行了相同的实验，发现定向行为没有类似的瞬时增加。当斑马鱼暴露在空的鱼缸刺激下时，即使在没有定向的情况下，斑马鱼对靠近分隔器的鱼缸侧的偏好在统计学上也显著增加，因此对两个透明的鱼缸侧的偏好是相等的。这些结果表明，在没有社会刺激的情况下，斑马鱼接近分隔线时，定向行为需要两条鱼之间的相互作用。 我们得出的结论是，与分隔线之间的夹角为45°至90°，这是对社交互动的严格衡量，它可能反映出自然环境中的平行游泳和定向行为。我们在两种野生型实验室品系（ABxTU和WIK）中测试了雌雄配对，发现它们对社会刺激的反应相似，这表明斑马鱼菌株之间存在社会定向现象。我们还发现品系之间运动时间百分比没有差异。通过测量45°到90°之间的时间，我们可以确定两种性别鱼之间的细微差异，表明无论刺激鱼的性别如何，接受测试的雌性鱼都比雄性鱼参与社会定向的可能性低。这些发现重复了先前对斑马鱼社会行为性别差异的描述。在运动时间的百分比上没有性别差异，这表明性别差异是特定于社交活动的。
为了确定定向测定法是否足够灵敏以检测出行为受损，我们用阿扑吗啡（APO）（一种已知会损害小鼠社交互动的广泛的多巴胺受体激动剂）对斑马鱼进行了处理。与哺乳动物的研究一致，经APO处理的鱼接触刺激鱼，并且在暴露于刺激鱼的情况下，在45°–90°下花费的时间没有显著增加。我们观察到APO处理的鱼在运动中所花费的时间百分比受到抑制，但这种影响在统计学上并不显著。这种效应在5分钟的记录期内持续存在，这表明伴侣的积极社会参与对于鱼类展示社会定向行为是必要的。
我们研究了是否减少了社会参与，因为经APO处理的鱼将更多的时间花在远离分隔线的地方。我们将APO处理过的鱼放在一个缩短的鱼缸中，这个鱼缸限制了它们离开分隔线的运动，并且发现经APO处理过的试验鱼在刺激下的相对于对照鱼仍然抑制了社会定向。从这些结果中我们得出结论，另一条社会参与的鱼是进行社会定向所需的刺激，仅存在没有社会参与的鱼是不够的，无论它们的接近程度如何。
我们进一步研究了行为同刺激鱼与分隔物的距离在驱动社会定位中的作用。试验鱼的方向和刺激鱼的距离高度相关，刺激鱼的定向行为也是如此。然而，多元线性回归表明，当刺激鱼的取向和距离都被考虑作为预测变量时，只有定向行为显著地反映了试验鱼的变异性，这表明刺激鱼的接近程度比其定向的影响小。在刺激之前的测试鱼和刺激鱼之间还没有这样的关系。我们得出结论，刺激鱼的定向行为而不是接近性是驱动测试鱼定向行为的原因。
我们研究了鱼类之间的视觉暗示是否可以解释刺激和测试鱼类同时定向的行为。时滞互相关揭示了被测鱼通过与刺激鱼的角度匹配来镜像刺激鱼，滞后时间约为1 s。为了确定这种相关性是否是一种虚假的关系，并且无论刺激鱼的行为如何，都会发生这种相关性，我们通过随机洗牌数据进行了排列分析，以便每个测试鱼的结果与来自不同鱼群的刺激鱼的结果相匹配。我们发现，这种关联性丧失了，因此直接反映了个体之间的动态交互作用。这些结果表明斑马鱼相互模仿运动，与早期发育阶段的研究结果一致。总之，我们对定向行为的分析表明，在正常情况下，鱼与鱼之间的社会互动是相互作用的，这种影响主要是由定向行为驱动的，而不是与分隔器的绝对距离。
社会行为的神经解剖学关联：端脑是硬骨鱼类大脑的一个区域，在进化和功能上与哺乳动物皮层下调节记忆、情绪和社会行为的结构同源，它与鱼类的社会行为有关。我们通过在右鼻孔插入一根涂有荧光染料的针头来研究端脑在社会定向中的作用。针头指向大脑中线，上下倾斜，分别造成背侧或腹侧损伤。受损伤的斑马鱼被允许恢复一小时，然后我们用二元分析法对未标记的对照组进行检测。腹侧端脑（vTel）损伤明显扰乱定向行为。相反，背侧损伤动物的行为与单独实验中的ABxTU对照组动物行为（n=16）没有显著差异。为了排除损伤动物有运动障碍的可能性，我们测量了运动时间的百分比，发现这个参数与对照组没有区别。我们解剖了一部分大脑（n=7），并用共焦显微镜定位了病灶。我们证实严重的社会定向缺陷与腹前脑损伤最相关。我们进一步验证了我们的发现，即通过使用GAL4 / UAS系统通过化学遗传学方法消融前脑中的不同神经元群体，vTel对于硬骨鱼的社会行为很重要。我们驱动硝基还原酶的表达，硝基还原酶是一种惰性的细菌酶，直到暴露于其底物甲硝唑（MTZ）时才产生有毒的代谢物。该范例提供了一种用于时间控制消融离散细胞群体的方法。
结论：我们的数据显示，斑马鱼的社会参与需要另一种社会参与鱼类提供的行为视觉刺激。我们证明，多巴胺能系统的药理学操作和部分腹侧端脑的消融都会导致可预测的社会行为缺陷。我们的研究结果也提供了证据，证明腹侧端脑中尚未描述的胆碱能神经元群体对于斑马鱼的社交互动至关重要。腹侧脑端区域对应于哺乳动物的前脑区域与社会行为有关，暗示着进化上保守的细胞群可能驱动斑马鱼和哺乳动物的社会定向。这些发现有利于未来研究驱动社会行为所需的视觉通路。
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