Chez la souris, une zone du cerveau est constamment à l’écoute pour savoir si les animaux proches sont supérieurs ou inférieurs dans la hiérarchie sociale –

Maintenant, les chercheurs de Salk ont ​​fait des percées dans la compréhension de la façon dont le cerveau des mammifères encode le rang social et utilise ces informations pour façonner les comportements, par exemple s’il faut se battre pour cette dernière tranche de pizza. Chez les souris engagées dans une compétition, l’équipe a découvert que les modèles d’activité cérébrale diffèrent selon le rang social de l’animal adverse. De plus, les scientifiques pouvaient utiliser des lectures cérébrales pour prédire avec précision quel animal gagnerait une récompense alimentaire – le vainqueur n’était pas toujours l’animal le plus socialement dominant, mais celui qui était le plus engagé dans un “état d’esprit gagnant”. Les conclusions ont été publiées dans Nature le 16 mars 2022.

“La plupart des espèces sociales s’organisent en hiérarchies qui guident le comportement de chaque individu”, explique l’auteur principal Kay Tye, professeur au laboratoire de neurobiologie des systèmes de Salk et chercheur à l’Institut médical Howard Hughes. “Comprendre comment le cerveau gère cela peut nous aider à comprendre l’interaction entre le rang social, l’isolement et les maladies psychiatriques, telles que la dépression, l’anxiété ou même la toxicomanie.”

Les chercheurs savaient déjà qu’une zone du cerveau appelée le cortex préfrontal médian (mPFC) était responsable de la représentation du rang social chez les mammifères ; les altérations du mPFC d’une souris modifient le comportement de dominance d’un animal. Mais on ne savait pas comment le mPFC représentait cette information et quels neurones (le cas échéant) étaient impliqués dans la modification du comportement de dominance.

Dans la nouvelle étude, Tye et son équipe ont laissé des groupes de quatre souris partager une cage, permettant à une hiérarchie sociale de se développer naturellement – certains animaux sont devenus plus dominants et d’autres plus subordonnés. Ensuite, les chercheurs ont sélectionné des paires de souris cohabitant pour concourir pour des récompenses alimentaires dans une structure de type tournoi “round robin”.

Pour capturer l’activité cérébrale des animaux, ainsi que de légères différences difficiles à mesurer dans leur comportement pendant la compétition, les chercheurs ont mis au point plusieurs nouvelles technologies. Ils ont utilisé de nouveaux appareils sans fil pour enregistrer l’activité cérébrale des animaux en liberté et ont développé un outil de suivi de l’intelligence artificielle multi-animaux pour suivre les mouvements des souris au fil du temps, même lorsque deux animaux semblaient identiques. Enfin, ils se sont tournés vers de nouvelles approches de modélisation pour analyser les données.

Dès que les souris ont été appariées, les scientifiques ont découvert que l’activité des neurones dans leur mPFC pouvait prédire – avec une certitude de 90 % – le rang de leur adversaire.

“Nous nous attendions à ce que les animaux ne signalent leur rang que lorsqu’ils entendaient un bip pour lancer la compétition”, explique la co-première auteur Nancy Padilla-Coreano, professeure adjointe à l’Université de Floride, qui a effectué le travail alors qu’elle était postdoctorale. boursier à Salk. “Mais il s’avère que les animaux se promènent avec cette représentation du rang social dans leur cerveau tout le temps.”

Lorsque les chercheurs ont ensuite demandé si l’activité des neurones mPFC était associée au comportement, ils ont trouvé quelque chose de surprenant. Les schémas d’activité cérébrale étaient liés à de légers changements de comportement, tels que la vitesse à laquelle une souris se déplaçait, et ils pouvaient également prédire – 30 secondes avant le début de la compétition – quelle souris gagnerait la récompense alimentaire.

Alors que l’on prévoyait généralement que la souris la plus dominante gagnerait, le modèle prédisait parfois avec précision que l’animal subordonné gagnerait. Le modèle, selon l’équipe, capturait le succès compétitif, ou ce que certains pourraient appeler un “état d’esprit gagnant”.

Tout comme vous pouvez parfois être d’humeur plus compétitive et être plus susceptible d’arracher cette tranche de pizza avant votre patron, une souris subordonnée peut être dans un état d’esprit plus « gagnant » qu’un animal plus dominant et finir par gagner.

Les domaines du mPFC associés au rang social et au succès compétitif sont adjacents les uns aux autres, ont découvert les chercheurs, et fortement connectés. Les signaux sur le rang social, disent-ils, ont un impact sur l’état du cerveau impliqué dans le succès compétitif. En d’autres termes, la confiance et « l’état d’esprit gagnant » d’un animal subordonné peuvent partiellement diminuer face à la souris alpha.

“C’est la première fois que nous avons pu capturer ces états internes qui relient le rang social au comportement”, déclare Kanha Batra, étudiante diplômée du laboratoire Tye et co-première auteure de l’article. “À tout moment, nous pourrions prédire le prochain mouvement d’un animal à partir de l’activité cérébrale en utilisant ces états internes.”

Les chercheurs ont également montré que des changements dans l’activité cérébrale se produisaient lorsque les animaux étaient en compétition par rapport à lorsqu’ils récoltaient des récompenses seuls. Cependant, le rang social du groupe vivant des animaux pouvait toujours être décodé à partir de l’activité cérébrale même lorsque les animaux étaient seuls.

“Tout cela est une preuve supplémentaire suggérant que nous sommes dans des états cérébraux différents lorsque nous sommes avec d’autres par rapport à lorsque nous sommes seuls”, déclare Tye, titulaire de la chaire Wylie Vale. “Peu importe avec qui vous êtes, si vous êtes conscient des autres personnes autour de vous, votre cerveau utilise différents neurones.”

Ensuite, les scientifiques examineront comment et quand les représentations du rang social des animaux se développent pour la première fois dans le cerveau, ainsi que comment d’autres types de comportements sont affectés.

Parmi les autres auteurs figuraient 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 et Gillian A. Matthews de Salk ; Zexin Chen, Hao-Shu Fang et Cewu Lu de l’Université Jiao Tong de Shanghai ; Rachel R. Rock, Ruihan Zhang, Javier C. Weddington et Ila R. Fiete du Massachusetts Institute of Technology ; Yu Eva Zhang de l’Université de Californie à San Diego ; et James P. Curley de l’Université du Texas à Austin.

Le travail a été soutenu par le Howard Hughes Medical Institute, les National Institutes of Health (R01-MH115920, Pioneer Award DP1-AT009925 et K99 MH124435-01), la JPB Foundation, le Dolby Family Fund, la Kavli Foundation, le Simons Center for the Social Brain , Ford Foundation, L’Oréal For Women In Science, Burroughs Wellcome Fund, AI Institute, SJTU, Shanghai Qi Zhi Institute et Meta Technology Group.