Emotion reconfigures neuronal coordination across brains to control social choice

社会生活は、精神の間で行われる静かで絶え間ない対話に依存しています。私たちが他者と交流するとき、私たちの脳は単に孤立して機能しているのではなく、互いに常に調整し合い、感情を理解し、葛藤を解決し、共に選択を行うことを可能にする共有されたリズムを生み出しています。科学者たちは長い間、人間や動物が相互作用するとき、その脳活動が二つの時計が時を刻むように同期することを知っていました。しかし、ある重要な疑問が未解決のまま残されていました。それは、「感情が介在する場合、この同期はどう変化するのか？」という点です。具体的には、片方の脳がストレスを感じたり動揺したりしているとき、二つの脳の間のつながりはどのように変化するのでしょうか。このメカニズムを理解することは極めて重要です。なぜなら、他者の苦痛を察知し、それに応答する能力は、動物界における生存と協力の基礎となるからです。

研究チームは現在、このプロセスを支配する特定の生物学的規則を明らかにしました。マウスを用いたリアルタイムの社会的状況を観察することで、彼らは「感情」が、脳同士がいかに会話するかを再構成するスイッチとして機能することを発見しました。この研究は、脳が他者とつながるために単一で均一な方法を用いているのではないことを示しています。むしろ、相互作用が穏やかなのか緊張状態にあるのかに応じて、異なる種類のニューロンを採用しているのです。二匹のマウスが中立的でリラックスした状態にあるとき、彼らの脳はある特定の細胞タイプを通じて結びつきます。しかし、一方がストレスを感じているとき、その接続は途切れ、全く別のタイプの細胞が引き継いで新しい、感情主導のリンクを確立します。この発見は、脳が社会的結合のために高度なデュアルシステムを備えており、パートナーの感情状態に基づいて即座に配線をやり直すことができることを示唆しています。

これを確認するために、研究者たちは3匹のマウスが小さなアリーナ内で相互作用するという実験を設計しました。観測者である1匹のマウスは自由に動き回ることができ、他の2匹のデモンストレーター（実演個体）は別々のゾーンに配置されました。一方のデモンストレーターは穏やかな状態にあり、もう一方は短時間の軽いストレスを与えられた直後の状態でした。観測者は両方に鼻を寄せ、（スニッフィングを行い）調査することができました。研究者たちは、全個体の脳に埋め込まれた微小な顕微鏡を用いて、社会的情報や感情を処理することで知られる前帯状皮質と呼ばれる領域内の個々のニューロンの活動を記録しました。彼らは主に2つの細胞タイプに着目しました：信号を送る主要な興奮性細胞である錐体ニューロンと、それらの信号を調節する役割を持つ抑制性細胞の一種であるソマトスタチンニューロンです。

結果は、これらの細胞が社会的相互作用中にどのように振る舞うかについて明確なパターンを示しました。観測者が穏やかなデモンストレーターに近づくと、双方の脳内の錐体ニューロンが同期したリズムで発火しました。この協調性は、マウスが相互に匂いを嗅ぎ合う行為を行ったときに最も強まりました。しかし、観沢者がストレスを感じているデモンストレーターに近づいたとき、この錐体ニューロンによる同期は消失しました。パートナーのストレスによって、通常の神経学的な握手が事実上断ち切られたのです。主要な興奮性細胞の代わりに、別のつながりが現れました。観測者の脳内のソマトスタチンニューロンが、ストレス下にあるマウスのソマトスタチンニューロンと同期し始めたのです。この新しい接続は、パートナーがストレス下にある場合にのみ出現し、特に相互のスニッフィングが行われている間に強く見られました。

これらの神経パターンが単なる相互作用の副産物ではなく、実際にマウスの選択を引き起こしていたことを証明するため、研究者たちは光を使って直接的に細胞を制御しました。彼らは、マウスの動きによってトリガーされる光のフラッシュを用いて、特定のニューロンをオンまたはオフにできるシステムを開発しました。ストレス下のマウスにおいてソマトスタチンニューロンの活動をブロックすると、観測者はストレス状態の相手と穏やかな相手を区別できなくなりました。マウスはもはやストレスを受けた方を好まなくなり、これはソマトスタチンによる接続が、ストレスを認識し反応するために不可欠であることを示唆していました。逆に、穏やかなマウスのソマトスタチンニューロンを人工的に強制同期させると、観測者はその穏やかなマウスをあたかもストレスを受けているかのように扱い、それを好むようになりました。これは、特定の種類の神経カップリングが社会的選好を直接決定していることを実証しました。

また、研究者たちは観測者がこの接続を駆動することができるかどうかについてもテストを行いました。彼らは、観測者の脳活動をリアルタイムで記録し、それをデモンストレーターの脳への刺激に使用するというクローズドループ・システムを設定しました。観測者のソマトスタチンニューロンが活性化しているとき、それがストレス下にあるデモンストレーターの脳内に一致する活動を誘発しました。この観測者に 의해駆動された人工的な同期は、観測者が穏やかなマウスよりもストレス下のマウスを選択させるのに十分でした。これにより、観測者の脳が自らの社会的決断をガイドするために積極的に形作っていることが確認されました。対照的に、錐体ニューロンを操作した場合、逆の効果が得られました。穏やかな状況でそれらを強制的に同期させると観測者の関心は低下しましたが、不一致（アンチコリレーション）を作り出すと、ストレス下のパートナーに対する関心が高まったのです。

これらの知見がラボの外でも適用されるかを検証するため、チームはヒトへの研究へと発展させました。彼らは、手をつないで対面で交流しているペアから脳波を記録しました。これらのペアのうち、一人はストレスを誘発する画像を見せられ、もう一人は中立的な画像を見ていました。研究者たちは、どちらか一方がストレスを感じているとき、二人の脳波の同期性が弱まることを発見しました。これは、マウスで見られた混乱と同様の現象であり、情動依存的な脳の協調という原理が、ヒトとマウスの両方において同様の生物学的原則に基づき保存されていることを示唆しています。

本研究は、社会的選択とは静的なプロセスではなく、関与する人々や動物の具体的な感情状態によって形成されるダイナミックなものであると結論づけています。脳は他者とつながるための単一のメカニズムには頼っておらず、柔軟なツールキットを持っています。穏やかな瞬間には、一つの細胞セットを使用して理解の架け橋を築きます。そしてストレスの瞬間には、別の細胞セットへと切り替わり、緊迫した状況を乗りこなします。このような感情に基づく神経協調の再構成能力により、動物は自身の社会的世界における複雑かつ変化する情緒的情景に対して適切に応答することができます。どの細胞がこの切り替えを担っているのかを特定することで、本研究はマイクロスコピックなニューロンの活動と、マクロスクピックな社会的選択行動との間の明白な因果関係を提示したのです。