Come il cervello codifica il rango sociale e modella i nostri comportamenti

Se stai prendendo l’ultimo pezzo di pizza ad una festa e vedi un’altra mano che lo prende nello stesso momento, la tua prossima mossa probabilmente dipende sia da come ti senti che da chi appartiene la mano. Nel caso in cui la mano appartenga a tua sorellina è possibile che tu possa scavalcarla. Ma nel caso in cui appartenga al tuo capo è più probabile che tu faccia un passo indietro e rinunci alla fetta. A meno che, si intende, tu sia affamato e ti senti particolarmente sicuro, potresti andare per esso.

Ciò premesso, i ricercatori di Salk hanno fatto breccia nella comprensione di come il cervello dei mammiferi codifica il rango sociale e utilizza queste informazioni per modellare i comportamenti – come ad esempio se contestare o meno quell’ultima fetta di pizza.

Nei topi impegnati in una competizione, il team ha scoperto, modelli di attività cerebrale differiscono a seconda del rango sociale dell’animale avversario. Inoltre, gli scienziati potrebbero utilizzare le letture del cervello per prevedere con precisione quale animale avrebbe vinto una ricompensa alimentare – il vincitore non era sempre l’animale socialmente più dominante, ma quello più impegnato in una “mentalità vincente”. I risultati sono stati pubblicati su Nature il 16 marzo 2022.

“La maggior parte delle specie sociali si organizzano in gerarchie che guidano il comportamento di ogni individuo“, dice l’autore senior Kay Tye, professore del Salk’s Systems Neurobiology Laboratory e Howard Hughes Medical Institute Investigator. “Capire come il cervello media questo può aiutarci a capire l’interazione tra grado sociale, isolamento e malattie psichiatriche, come la depressione, l’ansia o anche l’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 alla mPFC di un topo cambiano il comportamento di dominanza dell’animale. Ma non si sapeva come la mPFC rappresentasse queste informazioni e quali neuroni (se ce ne sono) fossero coinvolti nell’alterazione del comportamento di dominanza.

Nel nuovo studio, Tye e il suo team hanno lasciato gruppi di quattro topi condividere una gabbia, permettendo una gerarchia sociale per sviluppare naturalmente – alcuni animali è diventato più dominante e altri più subordinato. Poi, i ricercatori hanno selezionato coppie di topi conviventi per competere per le ricompense alimentari in una struttura stile torneo “round robin”.

Per catturare l’attività cerebrale degli animali, così come le lievi e difficili da misurare differenze nel loro comportamento mentre gareggiavano, i ricercatori hanno utilizzato diverse nuove tecnologie. In particolare, hanno usato nuovi dispositivi wireless per registrare l’attività cerebrale negli animali in libertà e hanno sviluppato uno strumento di tracciamento di 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.

Non appena i topi sono stati accoppiati, gli scienziati hanno scoperto che l’attività dei neuroni nella loro mPFC poteva prevedere – con il 90% di certezza – il grado del loro avversario.

“Ci aspettavamo che gli animali potessero segnalare il grado solo quando sentivano un bip per iniziare la competizione“, dice la co-autrice Nancy Padilla-Coreano, dell’Università della Florida, che ha svolto il lavoro. “Ma abbiamo scoperto che gli animali vanno in giro con questa rappresentazione del rango sociale nel loro cervello tutto il tempo”.

Quando i ricercatori hanno chiesto se l’attività dei neuroni della mPFC fosse associata al comportamento, hanno scoperto qualcosa di sorprendente. I modelli di attività cerebrale erano legati a lievi cambiamenti nel comportamento, come ad esempio quanto velocemente un topo si muoveva, e potevano anche prevedere – ben 30 secondi prima dell’inizio della competizione – quale topo avrebbe vinto la ricompensa alimentare.

Sebbene il topo più dominante fosse di solito quello vincente, a volte il modello prevedeva correttamente quale altro animale subordinato avrebbe vinto. Il modello, dice il team, stava catturando il successo competitivo, o quello che alcune persone potrebbero chiamare una “mentalità vincente“.

Le aree della mPFC associate al rango sociale e al successo competitivo sono adiacenti l’una all’altra, hanno scoperto i ricercatori, e altamente connesse. I segnali sul rango sociale, dicono, hanno un impatto sullo stato del cervello coinvolto nel successo competitivo. In altre parole, la fiducia e la “mentalità vincente” di un animale subordinato possono parzialmente diminuire di fronte al topo alfa.

“Questa è la prima volta che siamo stati in grado di catturare questi stati interni che collegano il rango sociale al comportamento“, dice Kanha Batra, uno studente laureato nel laboratorio di Tye e co-first autore del documento. “In qualsiasi momento, potremmo prevedere la prossima mossa di un animale dall’attività cerebrale usando questi stati interni”.

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

“Questa è un’ulteriore prova per suggerire che siamo in stati cerebrali diversi quando siamo con gli altri rispetto a quando siamo soli“, dice Tye, titolare della cattedra Wylie Vale. “Indipendentemente dalla persona con cui sei, se sei consapevole di altre persone intorno a te, il tuo cervello sta usando neuroni diversi”.