Come il cervello codifica il rango sociale e la “mentalità vincente”

Come il cervello codifica il rango sociale e la “mentalità vincente”

Nei topi, un'area del cervello è costantemente sintonizzata sul fatto che gli animali vicini siano più in alto o più in basso nella gerarchia sociale

LA JOLLA—Se stai allungando la mano verso l'ultimo pezzo di pizza a una festa e vedi un'altra mano che lo fa nello stesso momento, la tua mossa successiva dipenderà probabilmente sia da come ti senti sia da chi ha la mano. La tua sorellina: potresti andare avanti e prendere la pizza. Il tuo capo: probabilmente è più probabile che tu faccia un passo indietro e ceda la fetta. Ma se hai fame e ti senti particolarmente sicuro di te, potresti provarci.

Ora, i ricercatori del Salk hanno fatto progressi nella comprensione di come il cervello dei mammiferi codifichi il rango sociale e utilizzi queste informazioni per modellare i comportamenti, ad esempio se lottare per l'ultima fetta di pizza. Nei topi impegnati in una competizione, il team ha scoperto che i modelli di attività cerebrale differiscono a seconda del rango sociale dell'animale avversario. Inoltre, gli scienziati hanno potuto utilizzare le letture cerebrali per prevedere con precisione quale animale avrebbe vinto una ricompensa alimentare: il vincitore non era sempre l'animale socialmente dominante, ma quello più impegnato in una "mentalità vincente". I risultati sono stati pubblicati su Natura a marzo 16, 2022.

"La maggior parte delle specie sociali si organizza in gerarchie che guidano il comportamento di ogni individuo", afferma l'autore senior Kay Tye, professore presso il Laboratorio di Neurobiologia dei Sistemi del Salk's e ricercatore presso l'Howard Hughes Medical Institute. "Capire come il cervello media questo processo può aiutarci a comprendere l'interazione tra rango sociale, isolamento e malattie psichiatriche, come depressione, ansia o persino abuso di sostanze".

I ricercatori sapevano già che un'area del cervello chiamata corteccia prefrontale mediale (mPFC) era responsabile della rappresentazione del rango sociale nei mammiferi; alterazioni della mPFC di un topo modificano il comportamento di dominanza di un animale. Ma non si sapeva ancora come la mPFC rappresentasse queste informazioni e quali neuroni (se presenti) fossero coinvolti nell'alterazione del comportamento di dominanza.

Nel nuovo studio, Tye e il suo team hanno lasciato che gruppi di quattro topi condividessero una gabbia, consentendo lo sviluppo naturale di una gerarchia sociale: alcuni animali diventavano più dominanti e altri più subordinati. Successivamente, i ricercatori hanno selezionato coppie di topi conviventi per competere per le ricompense alimentari in un torneo "a girone all'italiana".

Per catturare l'attività cerebrale degli animali, nonché le lievi e difficili da misurare differenze nel loro comportamento durante la competizione, i ricercatori hanno sperimentato diverse nuove tecnologie. Hanno utilizzato nuovi dispositivi wireless per registrare l'attività cerebrale di animali in libertà e hanno sviluppato uno strumento di tracciamento basato sull'intelligenza artificiale multi-animale per seguire i movimenti dei topi nel tempo, anche quando due animali sembravano identici. Infine, si sono rivolti a nuovi approcci di modellazione per analizzare i dati.

Gli scienziati hanno scoperto che non appena i topi venivano accoppiati, l'attività dei neuroni nella loro mPFC poteva predire, con una certezza del 90%, il grado del loro avversario.

"Ci aspettavamo che gli animali segnalassero il rango solo quando sentivano un segnale acustico per dare inizio alla competizione", afferma la co-autrice Nancy Padilla-Coreano, professoressa associata presso l'Università della Florida, che ha svolto il lavoro mentre era borsista post-dottorato al Salk. "Ma a quanto pare gli animali se ne vanno in giro con questa rappresentazione del rango sociale nel cervello in ogni momento".

Quando i ricercatori si sono chiesti se l'attività dei neuroni mPFC fosse associata al comportamento, hanno scoperto qualcosa di sorprendente. I modelli di attività cerebrale erano collegati a lievi cambiamenti nel comportamento, come la velocità di movimento di un topo, e potevano anche prevedere – ben 30 secondi prima dell'inizio della competizione – quale topo avrebbe vinto la ricompensa in cibo.

Mentre di solito si prevedeva che il topo dominante avrebbe vinto, a volte il modello prevedeva accuratamente che l'animale subordinato avrebbe vinto. Il modello, afferma il team, stava catturando il successo competitivo, o quello che alcuni potrebbero definire una "mentalità vincente".

Proprio come a volte potresti essere più competitivo e avere più probabilità di strappare quella fetta di pizza prima del tuo capo, un topo subordinato potrebbe avere una "mentalità vincente" più di un animale più dominante e finire per vincere.

I ricercatori hanno scoperto che le aree della corteccia prefrontale media associata al rango sociale e al successo competitivo sono adiacenti e strettamente connesse. I segnali relativi al rango sociale, affermano, influenzano lo stato del cervello coinvolto nel successo competitivo. In altre parole, la fiducia in se stessi e la "mentalità vincente" di un animale subordinato possono parzialmente diminuire di fronte al topo alfa.

"Questa è la prima volta che siamo riusciti a catturare questi stati interni che collegano il rango sociale al comportamento", afferma Kanha Batra, studente laureato del laboratorio Tye e co-primo autore dello studio. "In qualsiasi momento, potremmo prevedere la mossa successiva di un animale basandoci sull'attività cerebrale, utilizzando questi stati interni".

I ricercatori hanno anche dimostrato che si verificavano cambiamenti nell'attività cerebrale quando gli animali erano in competizione rispetto a quando raccoglievano ricompense da soli. Tuttavia, il rango sociale del gruppo vivente degli animali poteva essere decodificato dall'attività cerebrale anche quando gli animali erano soli.

"Tutte queste sono ulteriori prove a suggerire che ci troviamo in stati cerebrali diversi quando siamo con gli altri rispetto a quando siamo soli", afferma Tye, titolare della cattedra Wylie Vale. "Indipendentemente da chi ti circonda, se sei consapevole delle altre persone intorno a te, il tuo cervello utilizza neuroni diversi".

Successivamente, gli scienziati esamineranno come e quando le rappresentazioni del rango sociale degli animali si sviluppano per la prima volta nel cervello, nonché come vengono influenzati altri tipi di comportamento.

Tra gli altri autori figurano 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 e Gillian A. Matthews di Salk; Zexin Chen, Hao-Shu Fang e Cewu Lu della Shanghai Jiao Tong University; Rachel R. Rock, Ruihan Zhang, Javier C. Weddington e Ila R. Fiete del Massachusetts Institute of Technology; Yu Eva Zhang dell'Università della California di San Diego; e James P. Curley dell'Università del Texas ad Austin.

Il lavoro è stato supportato dall'Howard Hughes Medical Institute, dal National Institutes of Health (R01-MH115920, Pioneer Award DP1-AT009925 e K99 MH124435-01), dalla JPB Foundation, dal Dolby Family Fund, dalla Kavli Foundation, dal Simons Center for the Social Brain, dalla Ford Foundation, da L'Oreal For Women In Science, dal Burroughs Wellcome Fund, dall'AI Institute, dalla SJTU, dallo Shanghai Qi Zhi Institute e dal Meta Technology Group.