Мозги летучих мышей синхронизируются, когда они общаются

Фраза "Мы на одной волне" может быть больше, чем просто дружеским высказыванием: новое исследование Калифорнийского университета в Беркли показывает, что мозговая активность летучих мышей буквально синхронизирована, когда летучие мыши участвуют в социальном поведении, таком как уход, борьба или обнюхивание друг друга.

«Всякий раз, когда летучие мыши были социально взаимодействующими, вы могли видеть эти очень сильные корреляции в деятельности мозга», - сказал Майкл Ярцев, доцент кафедры нейробиологии и биоинженерии в Калифорнийском университете в Беркли.

Это исследование, появившееся 20 июня в журнале Cell, является первым наблюдением синхронизированной активности мозга у нечеловеческого вида, участвующего в естественных социальных взаимодействиях. Это открытие открывает двери для будущих исследований того, как наш мозг обрабатывает социальные взаимодействия, и имеет потенциальные последствия для понимания болезней, таких как аутизм, которые влияют на социальное поведение.

«Это очень важный феномен, который в течение двух десятилетий вызывал у людей восхищение», - сказал Ярцев. «Теперь, когда мы наблюдали это на животной модели, это открывает двери для очень подробного исследования».

Несмотря на то, что были обнаружены некоторые корреляции между активностью мозга при социализации людей, исследования на людях были ограничены использованием методов визуализации мозга, таких как функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ), которая непосредственно не измеряет электрическую активность, или электроэнцефалографии (EEG), которая обычно ограничивается измерением низкочастотных мозговых волн.

В этом исследовании доктор наук и научный сотрудник Бартли и Беркли Уцзе Чжан использовали беспроводные нейронные записывающие устройства для измерения активности мозга у летучих мышей, когда они свободно взаимодействовали в камере. Записывающие устройства исследователей позволили им фиксировать то, что не могут делать методы МРТ и EEG - сигналы, которые включают высокочастотные мозговые волны летучих мышей, а также электрическую активность отдельных нейронов.

Они обнаружили удивительно сильную корреляцию между мозгом летучих мышей, особенно для мозговых волн в высокочастотном диапазоне. Эти корреляции присутствовали всякий раз, когда летучие мыши разделяли социальную среду и увеличивались до и во время их социальных взаимодействий.

«Межмозговые корреляции были настолько сильны, что их легко было увидеть в необработанных данных», - сказал Чжан. «Это первый раз в моей карьере, когда результат был настолько сильным, что он выскочил из таких данных».

Чтобы лучше понять эти корреляции, команда ассистентов старшекурсников просмотрела кадры за часами высокоскоростного видео о летучих мышах, характеризующих их поведение в каждом кадре. Затем Чжан и Ярцев проанализировали взаимосвязь между поведением летучих мышей и межчерепной корреляцией.

Их детальный анализ позволил им исключить другие возможные объяснения синхронизированной мозговой деятельности, такие как то, что мозг летучих мышей просто реагировал на ту же самую окружающую среду или что летучие мыши участвовали в том же самом поведении. Например, две летучие мыши, помещенные в одинаковые, но отдельные камеры, и обе занятые уходом, не показывали одинаковой синхронизации.

Ярцев сказал, что межмозговая синхронизация - это все, что нужно для совместного обмена социальным опытом. Даже когда три летучие мыши находились в одной социальной среде, но только две из них активно взаимодействовали друг с другом, мозг всех трех синхронизировался.

«Это похоже на то, как если бы вы думали о обеденном столе, некоторые люди могли бы разговаривать взад и вперед, в то время как другой человек сидел бы там, все еще обращая внимание, все еще будучи частью социального взаимодействия», - сказал Ярцев. «Тогда по этой аналогии, предположительно, все мозги будут соотнесены одновременно».

Еще многое предстоит узнать о том, что делает эта высокочастотная полоса мозговых волн, хотя есть некоторые свидетельства того, что она участвует в ряде психических процессов, которые необходимы для успешной навигации на званом обеде, включая сенсорную и эмоциональную информацию - обработка, внимание и рабочая память.

И хотя пребывание «на одной волне» может показаться немного волшебным или загадочным, исследователи подчеркивают, что это совсем не так.

«Одним из объяснений этого является то, что, когда вы и я взаимодействуем, мы в основном формируем замкнутый цикл», - сказал Ярцев. «Я выполняю множество моторных действий, таких как произнесение слов, и вы слышите их, вы обрабатываете их, а затем вы принимаете текущие, оперативные решения о том, как реагировать на них. И я точно так же отвечаю вам. Эта петля между нами - это то, что, вероятно, приводит к тому, что мозги связаны друг с другом, и является важным аспектом способности участвовать в успешных социальных взаимодействиях ».

«Волшебство» здесь - это социальное взаимодействие, - добавил Чжан. «Когда мы взаимодействуем, наш мозг взаимодействует друг с другом косвенно через наше поведение».

Это исследование было поддержано Национальным институтом здоровья (DP2-DC016163), Нью-Йоркским фондом стволовых клеток NYSCF-R-NI40, Фондом Альфреда Слоана (FG-2017-9646), Фондом исследования мозга (BRFSG-2017 -09), Национальный научный фонд (NSF-1550818), стипендию Packard (2017-66825), стипендию имени Клингенштейна-Саймонса, благотворительный фонд Pew (00029645) и фонд Dana.