Wie das Gehirn sozialen Rang und „Siegermentalität“ kodiert

Wie das Gehirn sozialen Rang und „Siegermentalität“ kodiert

Bei Mäusen ist ein Bereich des Gehirns ständig darauf eingestellt, ob Tiere in der Nähe in der sozialen Hierarchie höher oder niedriger stehen

LA JOLLA – Wenn Sie auf einer Party nach dem letzten Stück Pizza greifen und sehen, wie eine andere Hand gleichzeitig danach strebt, hängt Ihr nächster Schritt wahrscheinlich sowohl davon ab, wie Sie sich fühlen, als auch davon, wem die Hand gehört. Deine kleine Schwester – vielleicht holst du dir die Pizza. Ihr Chef – Sie werden wahrscheinlich eher einen Schritt zurücktreten und den Anteil aufgeben. Aber wenn Sie hungrig sind und sich besonders zuversichtlich fühlen, können Sie es versuchen.

Jetzt haben Salk-Forscher Fortschritte beim Verständnis gemacht, wie das Gehirn von Säugetieren den sozialen Rang kodiert und diese Informationen nutzt, um Verhaltensweisen zu formen – etwa, ob man um das letzte Pizzastück kämpft. Das Team entdeckte, dass sich bei Mäusen, die an einem Wettbewerb teilnahmen, die Muster der Gehirnaktivität je nach sozialem Rang des gegnerischen Tieres unterscheiden. Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler Gehirnauslesungen nutzen, um genau vorherzusagen, welches Tier eine Futterbelohnung gewinnen würde – der Sieger war nicht immer das sozial dominantere Tier, sondern dasjenige, das eher eine „Siegermentalität“ an den Tag legte. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Natur im März 16, 2022.

„Die meisten sozialen Arten organisieren sich in Hierarchien, die das Verhalten jedes Einzelnen bestimmen“, sagt der leitende Autor Kay Tye, Professor am Systems Neurobiology Laboratory von Salk und Forscher am Howard Hughes Medical Institute. „Zu verstehen, wie das Gehirn dies vermittelt, kann uns helfen, das Zusammenspiel zwischen sozialem Rang, Isolation und psychiatrischen Erkrankungen wie Depressionen, Angstzuständen oder sogar Drogenmissbrauch zu verstehen.“

Forscher wussten bereits, dass ein Bereich des Gehirns, der mediale präfrontale Kortex (mPFC) genannt wird, für die Darstellung des sozialen Rangs bei Säugetieren verantwortlich ist; Veränderungen am mPFC einer Maus verändern das Dominanzverhalten eines Tieres. Es war jedoch unbekannt, wie der mPFC diese Informationen darstellte und welche Neuronen (falls vorhanden) an der Veränderung des Dominanzverhaltens beteiligt waren.

In der neuen Studie ließen Tye und ihr Team Gruppen von vier Mäusen sich einen Käfig teilen, wodurch sich auf natürliche Weise eine soziale Hierarchie entwickeln konnte – einige Tiere wurden dominanter und andere untergeordneter. Anschließend wählten die Forscher Paare zusammenlebender Mäuse aus, die in einer „Round-Robin“-Turnierstruktur um Futterbelohnungen wetteiferten.

Um die Gehirnaktivität der Tiere sowie leichte, schwer messbare Unterschiede in ihrem Verhalten im Wettkampf zu erfassen, entwickelten die Forscher mehrere neue Technologien. Sie verwendeten neue drahtlose Geräte, um die Gehirnaktivität frei lebender Tiere aufzuzeichnen, und entwickelten ein Tracking-Tool mit künstlicher Intelligenz für mehrere Tiere, um die Bewegungen der Mäuse über die Zeit zu verfolgen, selbst wenn zwei Tiere identisch aussahen. Schließlich wandten sie sich neuen Modellierungsansätzen zu, um die Daten zu analysieren.

Die Wissenschaftler stellten fest, dass die Aktivität der Neuronen in ihrem mPFC, sobald die Mäuse gepaart waren, mit 90-prozentiger Sicherheit den Rang ihres Gegners vorhersagen konnte.

„Wir gingen davon aus, dass die Tiere ihren Rang erst signalisieren würden, wenn sie einen Piepton hörten, um den Wettbewerb zu starten“, sagt Co-Erstautorin Nancy Padilla-Coreano, eine Assistenzprofessorin an der University of Florida, die die Arbeit als Postdoktorandin durchgeführt hat Fellow bei Salk. „Aber es stellt sich heraus, dass Tiere ständig mit dieser Darstellung des sozialen Rangs im Gehirn herumlaufen.“

Als die Forscher das nächste Mal fragten, ob die Aktivität der mPFC-Neuronen mit dem Verhalten zusammenhängt, fanden sie etwas Überraschendes. Die Gehirnaktivitätsmuster wurden mit geringfügigen Verhaltensänderungen verknüpft, beispielsweise mit der Geschwindigkeit, mit der sich eine Maus bewegte, und sie konnten auch volle 30 Sekunden vor Beginn des Wettbewerbs vorhersagen, welche Maus die Futterbelohnung gewinnen würde.

Während normalerweise vorhergesagt wurde, dass die dominantere Maus gewinnen würde, sagte das Modell manchmal genau voraus, dass das untergeordnete Tier gewinnen würde. Das Team sagt, dass das Modell den Wettbewerbserfolg oder das, was manche Leute als „Siegermentalität“ bezeichnen würden, erfasste.

So wie Sie manchmal in einer stärkeren Wettbewerbsstimmung sind und eher dazu neigen, sich das Pizzastück vor Ihrem Chef zu schnappen, könnte eine untergeordnete Maus eine „gewinnendere Denkweise“ haben als ein dominanteres Tier und am Ende gewinnen.

Die mit sozialem Rang und Wettbewerbserfolg verbundenen Bereiche des mPFC grenzen aneinander an, stellten die Forscher fest, und sind eng miteinander verbunden. Sie sagen, dass Signale über den sozialen Rang den Zustand des Gehirns beeinflussen, der am Wettbewerbserfolg beteiligt ist. Mit anderen Worten: Das Selbstvertrauen und die „Siegermentalität“ eines untergeordneten Tieres können teilweise nachlassen, wenn es der Alpha-Maus gegenübersteht.

„Dies ist das erste Mal, dass wir diese internen Zustände erfassen konnten, die sozialen Rang mit Verhalten verbinden“, sagt Kanha Batra, ein Doktorand im Tye-Labor und Co-Erstautor der Arbeit. „Anhand dieser internen Zustände können wir jederzeit die nächste Bewegung eines Tieres anhand der Gehirnaktivität vorhersagen.“

Die Forscher zeigten auch, dass Veränderungen in der Gehirnaktivität auftraten, wenn die Tiere im Wettbewerb standen, im Vergleich dazu, wenn sie nur Belohnungen sammelten. Allerdings ließ sich aus der Gehirnaktivität auch dann noch der soziale Rang der Lebensgruppe der Tiere ableiten, wenn die Tiere allein waren.

„Dies alles ist ein weiterer Beweis dafür, dass wir uns in anderen Gehirnzuständen befinden, wenn wir mit anderen zusammen sind, als wenn wir allein sind“, sagt Tye, Inhaber des Wylie Vale Chair. „Egal, mit wem Sie zusammen sind: Wenn Sie andere Menschen in Ihrer Umgebung wahrnehmen, nutzt Ihr Gehirn unterschiedliche Neuronen.“

Als nächstes werden die Wissenschaftler untersuchen, wie und wann sich die sozialen Rangdarstellungen der Tiere erstmals im Gehirn entwickeln und wie andere Verhaltensweisen davon beeinflusst werden.

Weitere Autoren waren Makenzie Patarino, Sebastien B. Hausmann, Reesha Patel, Srishti Mishra, Deryn O. LeDuke, Jasmin Revanna, Hao Li, Matilde Borio, Rachelle Pamintuan, Aneesh Bal, Laurel R. Keyes, Avraham Libster, Romy Wichmann und Fergil Mills , Felix H. Taschbach und Gillian A. Matthews von Salk; Zexin Chen, Hao-Shu Fang und Cewu Lu von der Shanghai Jiao Tong University; Rachel R. Rock, Ruihan Zhang, Javier C. Weddington und Ila R. Fiete vom Massachusetts Institute of Technology; Yu Eva Zhang von der University of California San Diego; und James P. Curley von der University of Texas in Austin.

Die Arbeit wurde vom Howard Hughes Medical Institute, den National Institutes of Health (R01-MH115920, Pioneer Award DP1-AT009925 und K99 MH124435-01), der JPB Foundation, dem Dolby Family Fund, der Kavli Foundation und dem Simons Center for the Social Brain unterstützt , Ford Foundation, L'Oreal For Women In Science, Burroughs Wellcome Fund, AI Institute, SJTU, Shanghai Qi Zhi Institute und Meta Technology Group.