Emotion reconfigures neuronal coordination across brains to control social choice

La vita sociale dipende da una conversazione silenziosa e continua tra le menti. Quando interagiamo con gli altri, i nostri cervelli non operano semplicemente in isolamento; si adattano costantemente l'uno all'altro, creando un ritmo condiviso che ci permette di comprendere i sentimenti, risolvere i conflzi e compiere scelte insieme. Gli scienziati sanno da tempo che quando persone o animali interagiscono, la loro attività cerebrale può sincronizzarsi, come due orologi che ticchettano all'unisono. Tuttavia, una domanda cruciale è rimasta senza risposta: come cambia questa sincronizzazione quando entrano in gioco le emozioni? Nello specifico, cosa accade alla connessione tra due cervelli quando uno di essi è stressato o agitato? Comprendere questo meccanismo è vitale perché la capacità di rilevare e rispondere al disagio altrui è fondamentale per la sopravvivenza e la cooperazione in tutto il regno animale.

Un team di ricercatori ha ora scoperto le specifiche regole biologiche che governano questo processo. Osservando i topi in situazioni sociali in tempo reale, hanno scoperto che le emozioni agiscono come un interruttore che riconfigura il modo in cui i cervelli comunicano tra loro. Lo studio rivela che il cervello non utilizza un metodo unico e uniforme per connettersi con gli altri. Al contrario, impiega diversi tipi di neuroni a seconda che l'interazione sia calma o tesa. Quando due topi si trovano in uno stato neutro e rilassato, i loro cervelli si collegano attraverso un tipo specifico di cellula. Ma quando uno dei topi è stressato, quella connessione si interrompe e un tipo completamente diverso di cellula prende il sopravvento per stabilire un nuovo legame guidato dalle emozioni. Questa scoperta suggerisce che il cervello possieda un sistema duale e sofisticato per la connessione sociale, capace di riconfigurarsi istantaneamente in base allo stato emotivo del partner.

Per osservare questo fenomeno, i ricercatori hanno progettato un esperimento in cui tre topi interagivano in un piccolo'arena. Un topo, l'osservatore, era libero di muoversi, mentre altri due topi, i dimostratori, erano posizionati in zone separate. Un dimostratore si trovava in uno stato di calma, mentre l'altro era stato appena sottoposto a un breve e lieve stress. Il topo osservatore poteva annusare e investigare entrambi. Utilizzando microscopi minuscoli impiantati nei cervelli di tutti e tre gli animali, gli scienziati hanno registrato l'attività di singoli neuroni in una regione chiamata corteccia cingolata anteriore, un'area nota per l'elaborazione delle informazioni sociali ed emotive. Si sono concentrati su due tipi principali di cellule: i neuroni piramidali, che sono le principali cellule eccitatorie che inviano segnali, e i neuroni somatostatina, un tipo di cellula inibitoria che aiuta a regolare tali segnali.

I risultati hanno mostrato un modello chiaro di come queste cellule si comportano durante l'interazione sociale. Quando il topo osservatore si avvicinava al dimostratore calmo, i neuroni piramidali in entrambi i cervelli attivavano un ritmo sincronizzato. Questa coordinazione era più forte quando i topi interagivano attraverso un annusamento reciproco, un segno di interesse mutuo. Tuttavia, quando l'osservatore si avvicinava al dimostratore stressato, la sincronizzazione dei neuroni piramidali svaniva. Lo stress del partner interrompeva efficacemente la solita "stretta di mano" neurale. Inveve della sincronizzazione delle cellule eccitatorie primarie, emergeva una connessione diversa: i neuroni somatostatinici nel cervello dell'osservatore iniziavano a sincronizzarsi con quelli del topo stressato. Questa nuova connessione appariva solo quando il partner era sotto stress ed era particolarmente forte durante i momenti di annusamento reciproco.

Per dimostrare che questi modelli neurali non fossero solo un effetto collaterale dell'interazione ma causassero effettivamente le scelte dei topi, i ricercatori hanno utilizzato la luce per controllare direttamente le cellule. Hanno sviluppato un sistema in cui potevano attivare o disattivare specifici neuroni con un lampo di luce, innescato dal movimento del topo. Quando hanno bloccato l'attività dei neuroni somatostatinici nel topo stressato, l'osservatore ha perso la capacità di distinguere tra i partner stressati e quelli calmi. Il topo non mostrava più una preferenza per quello stressato, suggerendo che la connessione somatostatinica fosse essenziale per riconoscere e rispondere allo stress. Al contrario, quando hanno forzato artificialmente i neuroni somatostatinici di un topo calmo a sincronizzarsi con l'osservatore, l'osservatore ha iniziato a trattare quel topo calmo come se fosse stressato, mostrando una preferenza per esso. Ciò ha dimostrato che il tipo specifico di accoppiamento neurale determina direttamente la preferenza sociale.

I ricercatori hanno anche testato se l'osservatore potesse guidare questa connessione. Hanno allestito un sistema a circuito chiuso in cui l'attività cerebrale dell'osservatore veniva registrata in tempo reale e utilizzata per stimolare il cervello di un dimostratore. Quando i neuroni somatostatinici dell'osservatore erano attivi, innescavano un'attività corrispondente nel cervello del dimostratore stressato. Questa sincronizzazione artificiale, guidata dall'osservatore, era sufficiente a far scegliere all'osservatore il topo stressato rispetto a uno calmo. Questo ha confermato che il cervello dell'osservatore modella attivamente la connessione per guidare le proprie decisioni sociali. Al contrario, manipolando i neuroni piramidali si otteneva l'effetto opposto: forzare la loro sincronizzazione in una situazione di calma riduceva l'interesse dell'osservatore, mentre creare un disallineamento, o anticorrelazione, tra di loro aumentava l'interesse per il partner stressato.

Per vedere se queste scoperte si applicassero oltre il laboratorio, il team ha esteso il proprio lavoro agli esseri umani. Hanno registrato le onde cerebrali di coppie di persone che interagivano faccia a faccia tenendosi per mano. In queste coppie, una persona era esposta a immagini che inducevano stress mentre l'altra vedeva immagini neutre. I ricercatori hanno scoperto che le onde cerebrali delle due persone diventavano meno sincronizzate quando una di loro era stressata, rispecchiando la perturbazione osservata nei topi. Ciò suggerisce che il principio della coordinazione cerebrale dipendente dalle emozioni è conservato tra le specie, operando su principi biologici simili sia negli esseri umani che nei topi.

Lo studio conclude che la scelta sociale non è un processo statico ma dinamico, plasmato dallo stato emotivo specifico delle persone o degli animali coinvolti. Il cervello non si affida a un unico meccanismo per connettersi con gli altri; possiede un kit di strumenti flessibile. Nei momenti di calma, utilizza un set di neuroni per costruire un ponte di comprensione. Nei momenti di stress, passa a un set diverso di neuroni per navigare la tensione. Questa capacità di riconfigurare la coordinazione neurale in base all'emozione permette agli animali di rispondere adeguatamente al complesso e mutevole panorama emotivo del loro mondo sociale. Identificando le cellule esatte responsabili di questo switch, la ricerca fornisce un collegamento causale chiaro tra l'attività microscopica dei neuroni e il comportamento macroscopico della scelta sociale.