Нейробиологи показали, как в мозге кодируется социальный ранг

Исследователи лаборатории системной нейробиологии Солка попытались разобраться ^[1], как мозг ^[2] млекопитающих кодирует социальный статус и использует эту информацию для формирования поведения ^[3]. Команда обнаружила, что у мышей, участвующих в соревновании, паттерны мозговой активности различаются в зависимости от социального положения животного-соперника. 

Ученые также смогли использовать показатели мозга, чтобы точно предсказать, какое животное получит пищевое вознаграждение: победителем всегда становилось не более социально доминантное животное, а то, которое больше вовлечено в «мышление о победе».

«Большинство социальных видов организуются в иерархии, которые определяют поведение ^[4] каждого индивида», — говорит ^[5] старший автор Кей Тай, профессор лаборатории и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. — «Понимание того, как мозг обрабатывает это, может помочь нам понять взаимосвязь между социальным статусом, изоляцией и психическими заболеваниями, такими как депрессия, тревога или даже злоупотребление психоактивными веществами».

Исследователи уже знали, что область мозга, называемая медиальной префронтальной корой (mPFC), отвечает за представление социального положения у млекопитающих; изменения в mPFC у мыши меняют и доминантное поведение животного. Но было неизвестно, как мозг представляет эту информацию, и какие нейроны ^[6] (если таковые имеются) участвуют в изменении доминантного поведения.

В новом исследовании группу из четырех мышей поместили в одну клетку, чтобы там естественным образом развивалась социальная иерархия. Затем исследователи отобрали пары сожительствующих мышей, чтобы они соревновались за пищевые награды в рамках «кругового турнира».

Чтобы зафиксировать мозговую активность животных, а также небольшие, трудно поддающиеся измерению различия в их поведении во время соревнований, исследователи разработали несколько новых технологий. Они использовали новые беспроводные устройства для записи мозговой активности животных и разработали инструмент отслеживания на основе искусственного интеллекта ^[7], чтобы фиксировать движения мышей с течением времени, даже если два животных внешне вели себя одинаково. Наконец, они обратились к новым подходам моделирования для анализа данных.

Ученые обнаружили, что, как только мыши были объединены в пары, активность нейронов в их mPFC могла с 90-процентной уверенностью предсказать ранг их противника.

«Мы ожидали, что животные могут сообщать о своем ранге только тогда, когда они услышат звуковой сигнал, чтобы начать соревнование», — говорит соавтор Нэнси Падилья-Кореано, доцент Университета Флориды. — «Но оказывается, что животные все время ходят с этим представлением о социальном статусе в своем мозгу».

Исследователи решили выяснить, связана ли активность нейронов mPFC с поведением. Они обнаружили, что паттерны мозговой активности были связаны с небольшими изменениями в поведении, например, с тем, как быстро двигалась мышь.

Иногда модель точно предсказывала, что победит животное, которое находится в состоянии подчинения. Команда говорит, что это отражает наличие «мышления победителя».

Исследователи обнаружили, что области mPFC, связанные с социальным положением и конкурентным успехом, примыкают друг к другу и тесно связаны. Ученые говорят, что сигналы о социальном статусе влияют на состояние мозга, связанное с конкурентным успехом. Другими словами, у подчиненного животного уверенность и «победоносное мышление» могут частично уменьшиться при встрече с альфа-мышью.

«Впервые нам удалось зафиксировать эти внутренние состояния, которые связывают социальный статус с поведением», — говорит Канха Батра, аспирант лаборатории и соавтор статьи. — «В любой момент времени мы могли бы предсказать следующий шаг животного по активности мозга, используя эти внутренние состояния».

Исследователи также показали, что изменения в активности мозга происходили, когда животные участвовали в соревнованиях, но не тогда, когда они собирали награды в одиночку. 

Теперь ученые изучат, как и когда в мозгу животных впервые формируются представления о социальном статусе, а также как это влияет на другие типы поведения.