Две статьи, опубликованные 20 июня в журнале Cell, показывают, что египетские фруктовые летучие мыши и мыши, соответственно, могут «синхронизировать» мозговые волны в социальных ситуациях. Ранее была показана синхронизация нейронной активности в мозге собеседников в результате того, что один человек улавливает социальные сигналы от другого и модулирует свое поведение на основе этих сигналов. Эти исследования теперь предполагают, что нечто подобное происходит, когда животные участвуют в естественных социальных взаимодействиях, и обнаруживают, что некоторые аспекты социального поведения животных можно предсказать на основе нейронных наблюдений.
«Животные модели действительно важны для изучения феноменов мозга на уровнях, которые мы обычно не можем получить у людей», - говорит Майкл Ярцев из отдела биоинженерии Калифорнийского университета в Беркли и старший автор. одной из газет. «Поскольку летучие мыши чрезвычайно общительны и, естественно, живут в очень сложной социальной среде, они являются отличной моделью для решения важных научных вопросов о социальном поведении и лежащих в его основе нейронных механизмах».
Если вы думаете о мозге как о черном ящике, который получает входные данные и дает в ответ какой-то результат, изучение социальных взаимодействий похоже на попытку понять, как выходные данные одного ящика обеспечивают входные данные для другого, и как эти два ящика работают вместе и создают петлю», - говорит Вейчж Хонг с кафедр биологической химии и нейробиологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и старший автор другой статьи.«Наши исследования на мышах позволяют нам заглянуть внутрь этих черных ящиков и лучше рассмотреть их внутренние механизмы».
В предыдущих исследованиях, показывающих, как нейронная активность людей синхронизируется во время социальных взаимодействий, использовались такие технологии, как фМРТ и ЭЭГ, которые рассматривают активность мозга с относительно грубым пространственным и временным разрешением. Эти исследования показали, что когда два человека взаимодействуют друг с другом, структуры их мозга одновременно декодируют и реагируют на сигналы другого человека.
Поскольку новые исследования рассматривали нейронную активность на уровне детализации, который трудно получить у людей, они могли детально изучить нейронный механизм, лежащий в основе этого явления.
Команда Беркли наблюдала за летучими мышами в течение примерно 100 минут каждый, поскольку они участвовали в широком спектре естественных социальных взаимодействий, таких как уход за собой, спаривание и бои. Летучих мышей снимали высокоскоростными камерами, и тщательно описывали их поведение и взаимодействие.
В то время как это происходило, ученые использовали технологию, называемую беспроводной электрофизиологией, для одновременной регистрации мозговой активности в лобной коре летучих мышей по широкому спектру нейронных сигналов, начиная от колебаний мозга и заканчивая отдельными нейронами и локальными нейронными популяциями.. Они увидели, что мозг разных летучих мышей стал сильно коррелировать и что эта корреляция была наиболее выражена в высокочастотном диапазоне мозговых колебаний. Кроме того, корреляция между мозгом отдельных летучих мышей распространялась на несколько временных шкал социальных взаимодействий, от секунд до часов. Примечательно, что, глядя на уровень корреляции, они могли предсказать, будут ли летучие мыши инициировать социальные взаимодействия или нет.
Команда Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе пошла другим путем. Они использовали устройство, называемое миниатюрным микроэндоскопом, для наблюдения за активностью мозга мышей во время социальных ситуаций. Эти крошечные устройства весом всего два грамма надеваются на мышей и позволяют исследователям отслеживать активность сотен нейронов одновременно у обоих животных. Они увидели, что мыши также демонстрируют межмозговые корреляции в естественных социальных взаимодействиях, когда животные свободно взаимодействуют друг с другом. Более того, доступ к тысячам отдельных нейронов дал им беспрецедентное представление о процессах принятия решений у обоих животных и показал, что межмозговая корреляция возникает из разных наборов нейронов, которые кодируют собственное поведение и поведение социального партнера..
Социальные взаимодействия часто встраиваются в контекст иерархии доминирования. Визуализируя двух мышей в конкурентном социальном взаимодействии, они обнаружили, что поведение доминирующего животного вызывает синхронию сильнее, чем поведение подчиненного животного. Примечательно, что они также обнаружили, что уровень корреляции между двумя мозгами предсказывает, как мыши будут реагировать на поведение друг друга, а также отношения доминирования, которые развиваются между ними.
«Естественные социальные взаимодействия сложны», - говорит Вуцзе Чжан, научный сотрудник лаборатории Ярцева и первый автор статьи о летучих мышах.«Важно принять эту сложность, чтобы понять реальные социальные взаимодействия на нейронном уровне».
«Мы знаем, что социальные взаимодействия изменяются при многих психических заболеваниях человека, включая расстройства аутистического спектра и шизофрению», - говорит Лайл Кингсбери, аспирант лаборатории Хонга и первый автор статьи о мышах. «Разработка генетически управляемой модельной системы открывает возможность изучения того, как нарушается межмозговая синхронность у людей с такими состояниями, и может предоставить новую информацию о возможных вмешательствах».