但問(wèn)題是，動(dòng)物是如何判斷其他個(gè)體與自己的等級(jí)高低的？

之前的研究已經(jīng)找到了參與這一過(guò)程的關(guān)鍵腦區(qū)。例如，2011年，胡海嵐教授團(tuán)隊(duì)就在一篇《科學(xué)》論文中提出，小鼠內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)（mPFC）的突觸強(qiáng)度與社會(huì)等級(jí)密切相關(guān)。mPFC負(fù)責(zé)表征哺乳動(dòng)物的社會(huì)等級(jí)，但這個(gè)結(jié)構(gòu)具體如何表征這一信息、哪些神經(jīng)元參與支配性行為的改變，仍然是未知數(shù)。

現(xiàn)在，一項(xiàng)發(fā)表于《自然》的最新研究揭示了哺乳動(dòng)物的大腦如何編碼社會(huì)等級(jí)，并利用等級(jí)信息來(lái)塑造自己的行為。索爾克生物學(xué)研究所的Kay Tye教授和上海交通大學(xué)盧策吾教授是論文共同通訊作者。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，面對(duì)不同等級(jí)的個(gè)體時(shí)，小鼠的大腦活動(dòng)模式存在差異。根據(jù)mPFC的活動(dòng)，可以預(yù)測(cè)不同個(gè)體的等級(jí)高低，以及在面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)誰(shuí)能獲勝。

研究團(tuán)隊(duì)首先讓4只小鼠形成一組，讓它們共同生活中一只籠子中。這時(shí)，這4只小鼠自然形成了社會(huì)等級(jí)：一些小鼠等級(jí)更高、行為更具支配性；另一些等級(jí)較低的小鼠表現(xiàn)出的行為較為順從。隨后，研究團(tuán)隊(duì)從共處一室的小鼠中抓取兩只等級(jí)不同的，讓它們通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)來(lái)獲取食物獎(jiǎng)賞。

為了捕捉在這一系列過(guò)程中的腦部活動(dòng)，這支跨學(xué)科的研究團(tuán)隊(duì)采用了多項(xiàng)技術(shù)手段。他們使用的頭戴式無(wú)線裝置，可以以細(xì)胞分辨率記錄自由移動(dòng)的小鼠的腦部活動(dòng)。為了同時(shí)記錄多只小鼠的行動(dòng)軌跡，研究團(tuán)隊(duì)基于深度學(xué)習(xí)，開(kāi)發(fā)了一款名為AlphaTracker的計(jì)算機(jī)視覺(jué)追蹤工具——即使是兩只外表相近的小鼠，這款工具也能隨時(shí)記錄各自的運(yùn)動(dòng)、找到細(xì)微且難以肉眼測(cè)定的行為差異。最后，研究團(tuán)隊(duì)利用一個(gè)新的模型來(lái)分析，mPFC的活動(dòng)能否預(yù)測(cè)特定的行為。

結(jié)果顯示，小鼠一旦結(jié)成對(duì)，其mPFC中的神經(jīng)元會(huì)表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化，而模型可以利用這樣的變化來(lái)預(yù)測(cè)另一只小鼠的等級(jí)高低，預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性達(dá)到90%。

研究團(tuán)隊(duì)原本猜測(cè)，只有在競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)始時(shí)，用于推測(cè)社會(huì)等級(jí)的神經(jīng)信號(hào)才會(huì)產(chǎn)生。但這項(xiàng)研究的結(jié)果說(shuō)明，表征社會(huì)等級(jí)的信號(hào)始終存在于它們的大腦中。

那么，mPFC神經(jīng)元的活動(dòng)模式與它們的行為有著怎樣的關(guān)系？在研究這一問(wèn)題時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)有了一項(xiàng)意外發(fā)現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)，mPFC的活動(dòng)模式與細(xì)微的行為改變相關(guān)，例如小鼠運(yùn)動(dòng)的快慢。基于這些行為模式，模型在競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)始前30秒就能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，哪只小鼠可以贏得食物獎(jiǎng)賞。

看到這里，你可能會(huì)想：既然已經(jīng)得知了兩只小鼠的社會(huì)等級(jí)，那么自然是等級(jí)更高的小鼠能獲勝。實(shí)際上，多數(shù)情況下的確如此，但低等級(jí)的小鼠有時(shí)也能贏得獎(jiǎng)賞——而模型同樣能預(yù)測(cè)出這樣的結(jié)果。

研究團(tuán)隊(duì)表示，導(dǎo)致這一反常結(jié)果的關(guān)鍵在于求勝心態(tài)。如果低等級(jí)小鼠的競(jìng)爭(zhēng)性心態(tài)更強(qiáng)，它們有時(shí)也能“虎口拔牙”贏得獎(jiǎng)賞。

揭示了這些行為特征后，研究團(tuán)隊(duì)再次關(guān)注回小鼠的大腦。研究發(fā)現(xiàn)，從內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)到外側(cè)下丘腦（mPFC-LH）的神經(jīng)通路負(fù)責(zé)調(diào)控這些與獎(jiǎng)賞相關(guān)的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)性行為。至此，這項(xiàng)研究首次捕捉到將社會(huì)等級(jí)與行為聯(lián)系起來(lái)的腦部活動(dòng)狀態(tài)。

根據(jù)這些狀態(tài)，在任意時(shí)間點(diǎn)，我們能根據(jù)大腦活動(dòng)來(lái)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的下一步行動(dòng)。研究者還指出，相比于單獨(dú)獲取獎(jiǎng)賞，面臨競(jìng)爭(zhēng)的小鼠腦部活動(dòng)會(huì)出現(xiàn)變化。不過(guò)，即使是獨(dú)處的動(dòng)物，從腦部活動(dòng)中也能解碼出社會(huì)等級(jí)。

“這項(xiàng)研究進(jìn)一步證明，我們?cè)诟?jìng)爭(zhēng)與單獨(dú)相處時(shí)，大腦的狀態(tài)不盡相同，” Tye教授說(shuō)，“無(wú)論是和誰(shuí)在一起，當(dāng)你意識(shí)到周圍有其他人時(shí)，你的大腦就會(huì)使用不同的神經(jīng)元。”

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將檢驗(yàn)這些動(dòng)物對(duì)社會(huì)等級(jí)的表征最初是如何在大腦中出現(xiàn)的，以及其他類型的行為是否會(huì)受到影響。