大脑如何编码社会等级和“获胜心态”

如果你在派对上伸手拿最后一块披萨，同时看到另一只手也在拿，你的下一步行动可能取决于你的感觉以及这只手是谁的。你的小妹妹——你可以先去拿披萨。你的老板——你可能更有可能退一步，放弃那块蛋糕。但如果你饿了，而且感觉特别自信，你可能会去尝试一下。

现在，索尔克的研究人员已经深入了解了哺乳动物的大脑编码社会等级，并利用这些信息来塑造行为——比如是否要为最后一块披萨而战。研究小组发现，在参与比赛的老鼠身上，会出现一些模式大脑活动因敌对动物的社会地位而异。此外，科学家们还可以通过大脑数据准确预测哪只动物会赢得冠军食物奖励胜利者并不总是更具有社会支配地位的动物，而是更具有“胜利心态”的动物。研究结果发表在自然2022年3月16日。

索尔克系统神经生物学实验室教授、霍华德·休斯医学研究所研究员、资深作者凯·泰伊说:“大多数社会物种将自己组织成等级制度，指导每个个体的行为。”“了解大脑如何调节这一点可能有助于我们理解社会地位、孤立和精神疾病之间的相互作用，比如抑郁、焦虑，甚至是药物滥用。”

研究人员已经知道大脑中有一个叫做内侧前额叶皮层(mPFC)负责代表哺乳动物的社会等级;老鼠mPFC的改变改变了动物的支配行为。但mPFC是如何表示这些信息的，以及哪些神经元(如果有的话)参与了改变支配行为，这一点尚不清楚。

在这项新研究中，泰伊和她的团队让四只老鼠一组共享一个笼子，让社会等级自然发展——一些动物变得更有统治力，而另一些则更从属。然后，研究人员选择了一对同居的老鼠，在“循环赛”比赛风格的结构中争夺食物奖励。

为了捕捉动物的大脑活动，以及在它们竞争时细微而难以测量的行为差异，研究人员率先采用了几种新技术。他们使用新的无线设备来记录自由漫游的动物的大脑活动，并开发了一种多动物人工智能跟踪工具来跟踪小鼠的运动，即使两只动物看起来一模一样。最后，他们转向新的建模方法来分析数据。

一旦老鼠科学家们发现，他们的mPFC神经元的活动可以预测对手的排名，准确率高达90%。

“我们预计动物可能只在听到哔哔声开始比赛时才会发出排名信号，”共同第一作者南希·帕迪拉-科雷诺说，她是佛罗里达大学的助理教授，她在索尔克大学做博士后时进行了这项工作。“但事实证明，动物的大脑中一直存在这种社会等级的表征。”

当研究人员接下来询问mPFC神经元的活动是否与行为有关时，他们发现了令人惊讶的事情。大脑活动模式与轻微的行为变化有关，比如老鼠移动得有多快，而且它们还可以在比赛开始前整整30秒预测哪只老鼠会赢得食物奖励。

虽然更具统治力的老鼠通常被预测会赢，但有时模型会准确地预测从属的动物会赢。该团队表示，该模型捕捉到了竞争中的成功，或者一些人可能称之为“获胜的心态”。

就像你有时可能处于一种更有竞争力的情绪中，更有可能在你的老板之前抢到那块披萨一样，一个从属的老鼠可能比一个更有统治力的动物更有“获胜的心态”，最终获胜。

研究人员发现，mPFC中与社会地位和竞争成功相关的区域彼此相邻，并且高度相关。他们说，社会地位的信号会影响与竞争成功有关的大脑状态。换句话说，当面对领头老鼠时，下级动物的自信和“获胜心态”可能会部分减弱。

“这是我们第一次能够捕捉到这些将社会地位与社会地位联系起来的内部状态行为泰伊实验室的研究生、该论文的共同第一作者坎哈·巴特拉说。“在任何时间点，我们都可以利用这些内部状态，从大脑活动中预测动物的下一步行动。”

研究人员还表明，与单独收集奖励相比，动物在竞争中大脑活动发生了变化。然而，动物生活群体的社会等级仍然可以从大脑的活动即使动物们独处的时候。

“这些都进一步证明，当我们与他人在一起时，与我们独自一人时，我们的大脑处于不同的状态，”怀利·韦尔(Wylie Vale)椅子的持有人泰伊说。“不管你和谁在一起，如果你意识到周围有其他人，你的大脑就会使用不同的神经元。”

接下来，科学家们将研究动物的表征是如何以及何时社会地位首先在大脑中发展，以及其他类型的行为是如何受到影响的。

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