Cómo codifica el cerebro el rango social y la "mentalidad ganadora"

Cómo codifica el cerebro el rango social y la "mentalidad ganadora"

En los ratones, un área del cerebro se sintoniza constantemente para saber si los animales cercanos están más arriba o más abajo en la jerarquía social.

LA JOLLA—Si estás alcanzando el último trozo de pizza en una fiesta y ves que otra mano lo busca al mismo tiempo, tu próximo movimiento probablemente dependa tanto de cómo te sientes como de a quién pertenece la mano. Tu hermanita, podrías seguir adelante y agarrar la pizza. Tu jefe: probablemente sea más probable que des un paso atrás y renuncies a la tajada. Pero si tienes hambre y te sientes particularmente confiado, puedes intentarlo.

Ahora, los investigadores de Salk han avanzado en la comprensión de cómo el cerebro de los mamíferos codifica el rango social y utiliza esta información para dar forma a los comportamientos, como si luchar por la última rebanada de pizza. En los ratones que participan en una competencia, descubrió el equipo, los patrones de actividad cerebral difieren según el rango social del animal contrario. Además, los científicos pudieron usar lecturas cerebrales para predecir con precisión qué animal ganaría una recompensa de comida: el vencedor no siempre era el animal socialmente más dominante, sino el más comprometido con una "mentalidad ganadora". Los hallazgos fueron publicados en Naturaleza en marzo 16, 2022.

"La mayoría de las especies sociales se organizan en jerarquías que guían el comportamiento de cada individuo", dice el autor principal. Kay Tye, profesor en el Laboratorio de Neurobiología de Sistemas de Salk e Investigador del Instituto Médico Howard Hughes. "Comprender cómo el cerebro media esto puede ayudarnos a comprender la interacción entre el rango social, el aislamiento y las enfermedades psiquiátricas, como la depresión, la ansiedad o incluso el abuso de sustancias".

Los investigadores ya sabían que un área del cerebro llamada corteza prefrontal medial (mPFC) era responsable de representar el rango social en los mamíferos; las alteraciones en el mPFC de un ratón cambian el comportamiento de dominación de un animal. Pero se desconocía cómo la mPFC representaba esta información y qué neuronas (si las había) estaban involucradas en la alteración del comportamiento de dominancia.

En el nuevo estudio, Tye y su equipo permitieron que grupos de cuatro ratones compartieran una jaula, lo que permitió que se desarrollara naturalmente una jerarquía social: algunos animales se volvieron más dominantes y otros más subordinados. Luego, los investigadores seleccionaron pares de ratones que cohabitaban para competir por recompensas de comida en una estructura de estilo de torneo de "todos contra todos".

Para capturar la actividad cerebral de los animales, así como las diferencias leves y difíciles de medir en su comportamiento mientras competían, los investigadores encabezaron varias tecnologías nuevas. Utilizaron nuevos dispositivos inalámbricos para registrar la actividad cerebral en animales que deambulan libremente y desarrollaron una herramienta de seguimiento de inteligencia artificial de múltiples animales para seguir los movimientos de los ratones a lo largo del tiempo, incluso cuando dos animales parecían idénticos. Finalmente, recurrieron a nuevos enfoques de modelado para analizar los datos.

Tan pronto como los ratones se emparejaron, los científicos descubrieron que la actividad de las neuronas en su mPFC podía predecir, con un 90 por ciento de certeza, el rango de su oponente.

"Esperábamos que los animales solo indicaran el rango cuando escucharan un pitido para comenzar la competencia", dice la coautora principal Nancy Padilla-Coreano, profesora asistente en la Universidad de Florida, quien llevó a cabo el trabajo mientras era estudiante posdoctoral. compañero en Salk. “Pero resulta que los animales caminan con esta representación de rango social en su cerebro todo el tiempo”.

Cuando los investigadores luego preguntaron si la actividad de las neuronas mPFC estaba asociada con el comportamiento, encontraron algo sorprendente. Los patrones de actividad cerebral se vincularon con ligeros cambios en el comportamiento, como la rapidez con que se movía un ratón, y también podían predecir, 30 segundos completos antes de que comenzara la competencia, qué ratón ganaría la recompensa de comida.

Si bien generalmente se predijo que el ratón más dominante ganaría, a veces el modelo predijo con precisión que el animal subordinado ganaría. El modelo, dice el equipo, estaba capturando el éxito competitivo, o lo que algunas personas podrían llamar una "mentalidad ganadora".

Así como a veces puede estar en un estado de ánimo más competitivo y es más probable que arrebate esa porción de pizza antes que su jefe, un ratón subordinado puede tener una "mentalidad más ganadora" que un animal más dominante y terminar ganando.

Las áreas de la mPFC asociadas con el rango social y el éxito competitivo están adyacentes entre sí, descubrieron los investigadores, y están altamente conectadas. Las señales sobre el rango social, dicen, impactan el estado del cerebro involucrado en el éxito competitivo. En otras palabras, la confianza y la "mentalidad ganadora" de un animal subordinado pueden disminuir parcialmente cuando se enfrenta al ratón alfa.

"Esta es la primera vez que hemos podido capturar estos estados internos que conectan el rango social con el comportamiento", dice Kanha Batra, estudiante de posgrado en el laboratorio de Tye y coautora del artículo. "En cualquier momento, podríamos predecir el próximo movimiento de un animal a partir de la actividad cerebral utilizando estos estados internos".

Los investigadores también demostraron que se producían cambios en la actividad cerebral cuando los animales competían frente a cuando recogían recompensas solos. Sin embargo, el rango social del grupo de vida de los animales aún podía decodificarse a partir de la actividad cerebral, incluso cuando los animales estaban solos.

“Todas estas son pruebas adicionales que sugieren que estamos en diferentes estados cerebrales cuando estamos con otros en comparación con cuando estamos solos”, dice Tye, titular de la cátedra Wylie Vale. “Independientemente de con quién estés, si eres consciente de que hay otras personas a tu alrededor, tu cerebro está usando neuronas diferentes”.

A continuación, los científicos examinarán cómo y cuándo se desarrollan por primera vez en el cerebro las representaciones de rango social de los animales, así como también cómo se ven afectados otros tipos de comportamientos.

Otros autores incluyeron a 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, Fergil Mills , Felix H. Taschbach y Gillian A. Matthews de Salk; Zexin Chen, Hao-Shu Fang y Cewu Lu de la Universidad Jiao Tong de Shanghai; Rachel R. Rock, Ruihan Zhang, Javier C. Weddington e Ila R. Fiete del Instituto Tecnológico de Massachusetts; Yu Eva Zhang de la Universidad de California en San Diego; y James P. Curley de la Universidad de Texas en Austin.

El trabajo fue apoyado por el Instituto Médico Howard Hughes, los Institutos Nacionales de Salud (R01-MH115920, Pioneer Award DP1-AT009925 y K99 MH124435-01), la Fundación JPB, Dolby Family Fund, la Fundación Kavli, el Centro Simons para el Cerebro Social , Ford Foundation, L'Oreal para Mujeres en la Ciencia, Burroughs Wellcome Fund, AI Institute, SJTU, Shanghai Qi Zhi Institute y Meta Technology Group.