Если вы тянетесь за последним куском пиццы на вечеринке и видите, что в это же время к нему тянется другая рука, ваш следующий шаг, вероятно, зависит от того, что вы чувствуете и кому принадлежит эта рука. Если это ваша младшая сестра — вы можете действовать и взять пиццу. Если ваш начальник — скорее всего, вы отступите и откажетесь от кусочка. Но если вы голодны и чувствуете себя особенно уверенно, вы можете пойти на это.
Исследователи Salk проникли в понимание того, как мозг млекопитающих кодирует социальный статус и использует эту информацию для формирования поведения — например, для того, чтобы бороться за последний кусок пиццы. Команда исследователей обнаружила, что у мышей, участвующих в соревновании, модели мозговой активности различаются в зависимости от социального статуса противоборствующего животного. Более того, ученые смогли использовать показатели мозга для точного предсказания того, какое животное получит награду в виде пищи — победителем не всегда оказывалось более социально доминирующее животное, а то, которое было настроено на «победу».
«Большинство социальных видов организованы в иерархию, которая определяет поведение каждой особи», — говорит старший автор исследования Kay Tye, профессор лаборатории системной нейробиологии Salk и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. «Понимание того, как мозг опосредует это, может помочь нам понять взаимосвязь между социальным статусом, изоляцией и психическими заболеваниями, такими как депрессия, тревожность или даже наркомания».
Ученые уже знали, что область мозга под названием медиальная префронтальная кора (mPFC) отвечает за представление социального статуса у млекопитающих; изменения в mPFC мышей изменяет их поведение доминирования. Однако было неизвестно, каким образом mPFC представляет эту информацию и какие нейроны (если таковые имеются) участвуют в изменении доминантного поведения.
В новом исследовании Tye и ее команда позволили группам из четырех мышей жить в одной клетке, что позволило естественным образом сформироваться социальной иерархии — одни животные стали более доминантными, а другие — более подчиненными. Затем исследователи отобрали пары совместно живущих мышей, чтобы они соревновались за вознаграждение в рамках «круговой системы турнира».
Чтобы зафиксировать мозговую активность животных, а также небольшие, трудноизмеримые различия в их поведении во время соревнования, исследователи использовали несколько новых технологий. Они использовали новые беспроводные устройства для регистрации мозговой активности свободно перемещающихся животных и разработали инструмент искусственного интеллекта, позволяющий отслеживать передвижение мышей с течением времени, даже если два животных выглядели одинаково. Наконец, они обратились к новым подходам моделирования для анализа данных.
Как только мыши объединялись в пары, ученые обнаружили, что активность нейронов в их mPFC могла предсказать статус их соперника — с 90% уверенностью.
«Мы ожидали, что животные смогут определить статус только тогда, когда услышат звуковой сигнал о начале соревнования», — говорит соавтор первого исследования Nancy Padilla-Coreano, доцент Университета Флориды, которая проводила эту работу, будучи постдокторантом в Salk. «Но оказалось, что животные постоянно ходят с этим представлением социального статуса в своем мозгу».
Когда исследователи задались вопросом, связана ли активность нейронов mPFC с поведением, они обнаружили нечто удивительное. Модели активности мозга были связаны с небольшими изменениями в поведении, такими как скорость передвижения мыши, и они также могли предсказать — за 30 секунд до начала соревнования — какая мышь получит награду в виде пищи.
Хотя обычно побеждала более доминантная мышь, иногда модель точно предсказывала, что победит подчиненное животное. По словам команды, модель отражала успех в соревновании, или то, что некоторые люди могли бы назвать «мышлением победителя».
Подобно тому, как вы иногда можете быть в более соревновательном настроении и с большей вероятностью выхватить кусок пиццы раньше своего босса, подчиненная мышь может быть в более «победном настроении», чем более доминантное животное, и в итоге победить.
Исследователи обнаружили, что области mPFC, связанные с социальным статусом и конкурентным успехом, находятся рядом друг с другом и тесно связаны. Сигналы о социальном статусе, по их мнению, влияют на состояние мозга, участвующего в соревновательном успехе. Другими словами, уверенность и «настрой на победу» подчиненного животного может частично уменьшиться при столкновении с альфа-мышью.
«Мы впервые смогли зафиксировать эти внутренние состояния, которые связывают социальный статус с поведением», — говорит Kanha Batra, аспирант из лаборатории Тайе и соавтор статьи. «В любой момент времени мы могли бы предсказать следующий шаг животного по активности мозга, используя эти внутренние состояния»
Ученые также показали, что изменения в активности мозга происходили, когда животные участвовали в соревновании по сравнению с тем, когда они собирали вознаграждение в одиночку. Однако социальный статус группы, в которой живут животные, можно было расшифровать по активности мозга, даже когда животные находились в одиночестве.
«Все это является дополнительным доказательством того, что мы находимся в разных состояниях мозга, когда мы с другими людьми, по сравнению с тем, когда мы одни», — говорит Tye, заведующий кафедрой Вайли Вейл. «Независимо от того, с кем вы находитесь, если вы осознаете, что вокруг вас другие люди, ваш мозг использует другие нейроны».
Далее ученые будут изучать, как и когда у животных в мозгу появляются представления о социальном статусе, а также как это влияет на другие виды поведения.
