Emotion reconfigures neuronal coordination across brains to control social choice

Das soziale Leben beruht auf einem stillen, kontinuierlichen Gespräch zwischen Geist und Verstand. Wenn wir mit anderen interagieren, arbeiten unsere Gehirne nicht einfach isoliert; sie passen sich ständig aufeinander an und schaffen so einen gemeinsamen Rhythmus, der es uns ermöglicht, Gefühle zu verstehen, Konflikte zu lösen und gemeinsam Entscheidungen zu treffen. Wissenschaftler wissen schon lange, dass die Gehirnaktivität von Menschen oder Tieren synchronisiert werden kann, wenn sie miteinander interagieren, wie zwei Uhren, die im gleichen Takt ticken. Eine entscheidende Frage blieb jedoch unbeantwortet: Wie verändert sich diese Synchronisation, wenn Emotionen ins Spiel kommen? Speziell: Was passiert mit der Verbindung zwischen zwei Gehirnen, wenn eines davon gestresst oder aufgewühlt ist? Das Verständnis dieses Mechanismus ist lebenswichtig, da die Fähigkeit, die Not eines anderen zu erkennen und darauf zu reagieren, für das Überleben und die Kooperation im gesamten Tierreich grundlegend ist.

Ein Forschungsteam hat nun die spezifischen biologischen Regeln entschlüsselt, die diesen Prozess steuern. Durch die Beobachtung von Mäusen in realen sozialen Situationen entdeckten sie, dass Emotionen wie ein Schalter wirken, der die Art und Weise umkonfiguriert, wie Gehirne miteinander kommunizieren. Die Studie zeigt, dass das Gehirn nicht eine einzige, einheitliche Methode verwendet, um mit anderen in Verbindung zu treten. Stattdessen setzt es je nach dem, ob die Interaktion ruhig oder angespannt ist, unterschiedliche Arten von Neuronen ein. Wenn zwei Mäuse sich in einem neutralen, entspannten Zustand befinden, verbinden sich ihre Gehirne über einen spezifischen Zelltyp. Doch wenn eine Maus gestresst ist, bricht diese Verbindung ab, und ein völlig anderer Zelltyp übernimmt, um eine neue, emotionsgesteuerte Verbindung herzustellen. Dieser Befund deutet darauf hin, dass das Gehirn über ein ausgeklügeltes Dualsystem für soziale Verbindungen verfügt, das in der Lage ist, sich basierend auf dem emotionalen Zustand des Partners augenblicklich neu zu verdrahten.

Um dies sichtbar zu machen, entwarfen die Forscher ein Experiment, bei dem drei Mäuse in einer kleinen Arena interagierten. Eine Maus, der Beobachter, konnte sich frei bewegen, während zwei andere Mäuse, die Demonstranten, in separaten Zonen platziert waren. Ein Demonstrant befand sich in einem ruhigen Zustand, während der andere gerade einem kurzen, milden Stressfaktor ausgesetzt worden war. Die Beobachermaus konnte beide beschnüffeln und untersuchen. Mithilfe winziger Mikroskope, die in die Gehirne aller drei Tiere implantiert waren, zeichneten die Wissenschaftler die Aktivität einzelner Neuronen in einer Region namens anteriorer cingulärer Cortex auf, einem Bereich, der für die Verarbeitung sozialer Informationen und Emotionen bekannt ist. Sie konzentrierten sich auf zwei Haupttypen von Zellen: Pyramidenzellen, die die primären erregenden Zellen sind, die Signale senden, und Somatostatin-Neuronen, einen Typ von inhibitorischen Zellen, die jene Signale regulieren.

Die Ergebnisse zeigten ein klares Muster dessen, wie sich diese Zellen während der sozialen Interaktion verhalten. Wenn sich die Beobachermaus dem ruhigen Demonstranten näherte, feuerten die Pyramidenzellen in beiden Gehirnen in einem synchronisierten Rhythmus. Diese Koordination war am stärksten, wenn die Mäuse ein gegenseitiges Beschnüffeln vollzogen, ein Zeichen für gegenseitiges Interesse. Als der Beobachter jedoch den gestressten Demonstranten näherte, verschwand diese Pyramiden-Synchronisation. Der Stress des Partners unterbrach effektiv den üblichen neuronalen Handschlag. Anstelle der primären erregenden Zellen trat eine andere Verbindung hervor: Die Somatostatin-Neuronen im Gehirn des Beobachters begannen sich mit denen der gestressten Maus zu synchronisieren. Diese neue Verbindung entstand nur, wenn der Partner unter Stress stand, und war besonders stark während Momenten des gegenseitigen Beschnüffelns.

Um zu beweisen, dass diese neuronalen Muster nicht bloß ein Nebeneffekt der Interaktion waren, sondern tatsächlich die Entscheidungen der Mäuse beeinflussten, steuerten die Forscher die Zellen direkt mittels Licht. Sie entwickelten ein System, mit dem sie spezifische Neuronen durch einen Lichtblitz ein- oder ausschalten konnten, der durch die Bewegung der Maus ausgelöst wurde. Als sie die Aktivität der Somatostatin-Neuronen in der gestressten Maus blockierten, verlor der Beobachter die Fähigkeit, zwischen dem gestressten und dem ruhigen Partner zu unterscheiden. Die Maus zeigte keine Präferenz mehr für die gestresste Maus, was darauf hindeutet, dass die Somatostatin-Verbindung essenziell für das Erkennen und Reagieren auf Stress war. Umgekehrt, als sie die Somatostatin-Neuronen einer ruhigen Maus künstlich dazu brachten, mit dem Beobachter zu synchronisieren, behandelte der Beobachter diese ruhige Maus so, als wäre sie gestresst, und zeigte eine Präferenz für sie. Dies demonstrierte, dass die spezifische Art der neuronalen Kopplung direkt die soziale Präferenz bestimmt.

Die Forscher testeten auch, ob der Beobachter diese Verbindung steuern kann. Sie richteten ein Closed-Loop-System ein, bei dem die Gehirnaktivität des Beobachters in Echtzeit aufgezeichnet und genutzt wurde, um das Gehirn eines Demonstranten zu stimulieren. Wenn die Somatostatin-Neuronen des Beobachters aktiv waren, lösten sie eine entsprechende Aktivität im Gehirn des gestressten Demonstranten aus. Diese künstliche Synchronisation, die vom Beobachter gesteuert wurde, reichte aus, um den Beobachter dazu zu bringen, die gestresste Maus gegenüber einer ruhigen zu bevorzugen. Dies bestätigte, dass das Gehirn des Beobachters die Verbindung aktiv gestaltet, um seine eigenen sozialen Entscheidungen zu leiten. Im Gegensatz dazu hatte die Manipulation der Pyramidenzellen den gegenteiligen Effekt: Die erzwungene Synchronisation der Pyramidenzellen in einer ruhigen Situation reduzierte das Interesse des Beobachters, während eine Diskrepanz oder Antikorrelation zwischen ihnen das Interesse am gestressten Partner steigerte.

Um zu sehen, ob sich diese Erkenntnisse über das Labor hinaus anwenden lassen, dehnte das Team seine Arbeit auf den Menschen aus. Sie zeichneten Gehirnwellen von Paaren auf, die während einer Face-to-Face-Interaktion Händchen hielten. In diesen Paaren wurde eine Person stressinduzierenden Bildern ausgesetzt, während die andere neutrale Bilder sah. Die Forscher fanden heraus, dass die Gehirnwellen der beiden Personen weniger synchron wurden, wenn eine von ihnen gestresst war, was die Unterbrechung widerspiegelte, die auch bei den Mäusen beobachtet wurde. Dies legt nahe, dass das Prinzip der emotionsabhängigen Gehirnkoordination über Spezies hinweg konserviert ist und in beiden Menschen und Mäusen nach ähnlichen biologischen Prinzipien arbeitet.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass soziale Wahl kein statischer Prozess ist, sondern ein dynamischer, der durch den spezifischen emotionalen Zustand der beteiligten Personen oder Tiere geformt wird. Das Gehirn verlässt sich nicht auf einen einzigen Mechanismus, um sich mit anderen zu verbinden; es besitzt ein flexibles Werkzeugset. In ruhigen Momenten nutzt es einen Satz von Neuronen, um eine Brücke des Verständnisses zu bauen. In Momenten des Stresses wechselt es zu einem anderen Satz von Neuronen, um die Spannung zu bewältigen. Die Fähigkeit, die neuronale Koordination basierend auf Emotionen neu zu konfigurieren, ermöglicht es Tieren, angemessen auf die komplexe und wechselhafte emotionale Landschaft ihrer sozialen Welt zu reagieren. Durch die Identifizierung der exakten Zellen, die für diesen Wechsel verantwortlich sind, liefert die Forschung eine klare, kausale Verbindung zwischen der mikroskopischen Aktivität der Neuronen und der makroskopischen Verhaltensweise der sozialen Wahl.