Struktury społeczne są kluczowe dla przetrwania i reprodukcji. My, ludzie, nie jesteśmy tu wyjątkiem, podobnie wygląda to u innych gatunków, np. myszy. Osobniki żyjące w grupie społecznej potrafią przekazywać sobie nawzajem cenne informacje o swoim środowisku. Ale w jaki sposób takie informacje się rozprzestrzeniają… np. wśród myszy? Do niedawna nie znaliśmy odpowiedzi na te pytania, a jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy był brak badań w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych.
Problem zainteresował naukowców z zespołu współtworzonego przez badaczy z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN, Wydziału Fizyki UW i Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. Podczas badań wykazano, że aby efektywnie uczyć się od innych osobników, nie wystarczą wcześniej utrwalone wzorce aktywności mózgu. Konieczna jest plastyczność neuronalna, czyli zdolność mózgu do przebudowy w zmieniających się okolicznościach.
Zapach hierarchii
Życie społeczne myszy jest zdominowane przez zapachy. Są one wykorzystywane m.in. do wykrywania i oceny jakości pożywienia, a także statusu seksualnego oraz społecznego innych osobników. Główną formą komunikacji wśród myszy jest znakowanie moczem, co nie wymaga bezpośredniego kontaktu między poszczególnymi osobnikami. Ale jak to działa? Zwłaszcza – w większych grupach?
Aby zbadać wpływ społecznie przekazywanych informacji na zachowanie myszy, badacze wykorzystali zautomatyzowany system monitorujący dobrowolne zachowania zwierząt żyjących w grupach w warunkach półnaturalnych, Eco-HAB, gdzie samce spontanicznie tworzą sieci społeczne i zajmują różne pozycje w hierarchii.
Eksperyment zespołu naukowców polegał m.in. na oddzieleniu dwóch z większej grupy myszy. Jedna z nich otrzymała do wypicia kaloryczny i słodki, a zatem bardzo atrakcyjny, roztwór sacharozy. Pozostałe myszy bezbłędnie rozpoznały zapach ściółki zawierającej mocz nagrodzonej myszy.
– Wykazaliśmy, że myszy chętnie eksplorują społeczne sygnały węchowe pozostawione przez nagradzane osobniki tego samego gatunku i potrafią odróżnić neutralne zapachy społeczne od tych związanych z nagrodą, niezależnie od rodzaju nagrody. Ponadto – okazało się, że informacje węchowe pozostawione przez nagradzaną mysz pomagają innym osobnikom poruszać się w nowym środowisku – opisuje prof. Ewelina Knapska z IBD PAN, koordynująca te badania.
Reakcja na zapach nie była jednak taka sama u wszystkich myszy – te znajdujące się wyżej w hierarchii społecznej żywiej reagowały na informację o nagrodzie niż myszy z nizin społecznych.
– Wyzwania w analizie danych polegały na tym, że grupa kilkunastu myszy przejawiała złożone zachowania społeczne, zwierzęta podążały za sobą nawzajem, przebywały blisko lub też unikały się. Wiele z tych relacji można przedstawić jako grafy skierowane i nieskierowane, których wierzchołkami są poszczególne osobniki, a łączącym je krawędziom-relacjom przypisać wagi opisujące siłę tego związku. Aby odpowiedzieć na pytania o przebieg relacji w grupie, wykorzystano m.in. algorytm PageRank, który służy do pozycjonowania stron w wyszukiwarce internetowej – dodaje prof. Krzysztof Turzyński z Wydziału Fizyki UW.
Centrum społecznej nawigacji
Na tym, oczywiście, nie koniec. Aby zrozumieć rozchodzenie się informacji przekazywanej społecznie, trzeba jeszcze wiedzieć, jak wygląda to na poziomie mózgu. Kluczową rolę w nawigowaniu w społecznym świecie, zarówno u myszy, jak i u ludzi, odgrywa kora przedczołowa. Na niej też skupiła się uwaga badaczy. Wykazali oni, że aktywność komórek tej części mózgu jest niezbędna do reagowania na bodźce społeczne sygnalizujące nagrodę, a jej plastyczność – czyli trwałe zmiany między komórkami nerwowymi – jest potrzebna do utrzymywania hierarchii społecznej.
Przedstawione wyniki – podkreślają naukowcy – mogą pomóc nam w lepszym zrozumieniu źródeł nieprawidłowości w działaniu mózgu w zaburzeniach, w których zmniejszona jest zdolność reagowania na bodźce społeczne, takich jak autyzm, schizofrenia czy choroba Alzheimera.
