Współczesna medycyna już od kilku lat postuluje, że hierarchia poszczególnych osobników w społeczeństwie/stadzie jest ściśle zależna od budowy ich mózgów. Dotychczasowe badania łączyły silnie połączony region w płacie czołowym mózgu zwany przyśrodkową korą przedczołową (mPFC) z dominacją społeczną u ludzi i gryzoni, ale aż po dziś dzień nie wiemy jak dokładnie funkcjonuje ten mechanizm. Dlatego też naukowcy z Instytutu Salka postanowili dokładnie się mu przyjrzeć stosując w tym celu nowoczesne narzędzia w postaci sieci neuronowej zbudowanej pod kątem przewidywanego modelu oraz zestawu AlphaTracker do śledzenia wielu nieoznaczonych zwierząt.
Łącząc ukryty model Markowa z modelami liniowymi, autorzy testu śledzili przy pomocy przygotowanych przez siebie narzędzi ogólną aktywność neuronalną mPFC, i na tej podstawie starali się przewidzieć zachowanie myszy w testach współzawodnictwa społecznego zgodnie z ich pozycją społeczną. W toku eksperymentu zespół ujawnił odgórny obwód neuronalny obejmujący neurony w mPFC i podwzgórzu bocznym, który reguluje zachowania dominacji społecznej, w szczególności w scenariuszach konkurencyjnych obejmujących nagrodę.
Dr Kay Tye, profesor w laboratorium neurobiologii systemowej w Instytucie Salka i starszy autor artykułu, stwierdziła, że: „Większość gatunków społecznych organizuje się w hierarchie, które kierują zachowaniem każdego człowieka. Zrozumienie, w jaki sposób mózg pośredniczy w tym, może pomóc nam zrozumieć wzajemne zależności między pozycją społeczną, izolacją i chorobami psychicznymi, takimi jak depresja, lęk, a nawet nadużywanie substancji psychotropowych przez takie jednostki.”
Odkrycia kierowanego przez nią zespołu opublikowano 16 marca 2022 r. w czasopiśmie Nature w artykule zatytułowanym „Zespoły korowe organizują rywalizację społeczną poprzez wyniki podwzgórza”.
Naukowcy odkryli, że wzorce aktywności mózgu różnią się u myszy w zależności od rangi społecznej przeciwnika. Na podstawie badań skorelowano wzorce aktywności mózgu z ustalonymi pozycjami społecznymi. To pozwoliło im przewidzieć, które zwierzę otrzyma nagrodę w postaci jedzenia.
Aby rozwinąć naturalną hierarchię społeczną w grupie myszy, zespół początkowo trzymał cztery wybrane gryzonie we wspólnej klatce. Następnie myszy te zostały podzielone pary w stylu „round robin” i zmuszone do rywalizacji o nagrodę w postaci jedzenia. Zespół wykorzystał nowe urządzenia bezprzewodowe do rejestrowania aktywności mózgu swobodnie poruszających się zwierząt i opracował narzędzie do śledzenia AI do obliczania i analizowania różnic w ich zachowaniu przy użyciu nowego podejścia do modelowania. Naukowcy odkryli, że aktywność neuronów w mPFC myszy pozwala przewidzieć rangę osobnika z 90-procentową dokładnością.
Dr Nancy Padilla-Coreano, która prowadziła eksperymenty jako doktor habilitowany w Salk, a obecnie jest adiunktem na University of Florida, była zdziwiona wynikami, które wykazały, że ogólna aktywność neuronalną u zwierząt nie tylko sygnalizowała ich rangę społeczną na początku zawodów, ale też reprezentowała ich rangę społeczną po zakończeniu eksperymentu.
Autorzy stwierdzili, że aktywność neuronów mPFC była powiązana z zachowaniami, takimi jak prędkość ruchu. To pozwoliło im przewidzieć, która mysz zdobędzie nagrodę w postaci jedzenia, jeszcze przed rozpoczęciem rywalizacji. Zwycięzcą nie zawsze była bardziej dominująca mysz, ale ta, która potrafiła myśleć, jak to nazwano „ jak zwycięzca”. Naukowcy stwierdzili przy tym, że pewność siebie zwierząt i tzw. „zwycięski sposób myślenia” może się osłabić w obecności myszy o wyższej randze społecznej.
„Po raz pierwszy udało nam się uchwycić te wewnętrzne stany, które łączą rangę społeczną z zachowaniem” – powiedział Kanha Batra, absolwent w laboratorium Tye i współautor artykułu. „W dowolnym momencie, wykorzystując zebrane informacje, moglibyśmy przewidzieć następny ruch zwierzęcia na bazie aktywności jego mózgu”.
Zespół odkrył również różnice w aktywności neuronalnej u zwierząt biorących udział w zawodach w porównaniu z czasem odbierania nagrody, zarówno wtedy gdy te działały w grupie jak i w pojedynkę. Zespół był też w stanie rozszyfrować społeczną rangę zwierząt żyjących w grupie na podstawie ich aktywności mózgowej, gdy zwierzęta tez zostały odizolowane.
Źródło: www.genengnews.com
