A fajok egyedei versengenek egymással az erőforrásokért. Az ehhez szükséges viselkedések idegrendszeri mechanizmusaiban egy új eredmény szerint a gliasejteknek is fontos szerep jut.

A fajon belüli, vagyis intraspecifikus versengés a biológiában egy alapjelenségnek számít. Az erőforrások limitáltak, a túléléshez pedig szükség van rájuk. Az intraspecifikus versengés tehát fontos jelenség, noha az embereknek legalábbis egy része szeretné azt gondolni, hogy az emberi fajon belül egyre kevesebb ok lesz rá a technológiai fejlődésnek köszönhetően. Mindenesetre az idegtudósok egy része azon igyekszik, hogy minél pontosabban megértsék a versengés viselkedéses megnyilvánulásainak idegrendszeri hátterét.

A győztes effektus és a prefrontális kéreg

Néhány éve egy kínai kutatócsoport azt találta, hogy az intraspecifikus összecsapásokból győztesen kikerülő egerek idegrendszerében bekövetkező változások hozzájárulnak a győztes további sikereihez. Ezt a jelenséget nevezik győztes effektusnak (winner effect).

A szociális állatok nagyrésze hierarchikus csoportokat hoz létre, melyekben az egyedek rangja versengés révén alakul ki. A verseny általában nagyobb erőfeszítést igényel, de a győzelem értékes. A magasabb rangokat elérő, domináns egyedekre jellemző a kitartás és motiváltság, vagyis hajlamosabbak nagyobb energiát fektetni a versengésbe. A dominancia kialakulásában fontos tényező a győztes effektus, amit több fajnál is megfigyeltek. A jelenség lényege, hogy azok az egyedek, amelyek korábban többször nyertek az adott fajra jellemző vagy mesterséges kompetíciókban, nagyobb valószínűséggel győzedelmeskednek újra. A jelenség idegrendszeri hátterével kapcsolatban több vizsgálat eredményei is arra utalnak, hogy a dorzomediális prefrontális kéreg (dmPFC) közreműködésével jön létre. Ezek a kísérletek japán makákók, illetve patkányok versengésével foglalkoztak.

Egy kínai kutatócsoport 2017-ben publikált tanulmánya az egerek szociális rangja és a dmPFC működése közötti kapcsolatot helyezte új megvilágításba. A kutatók a ’dominancia cső tesztet’ használták kísérleteikben, hogy rangsorolják az egereket. A teszt lényege, hogy egy-egy egeret helyeznek egy szűk cső két végébe, amiben nem tudnak megfordulni. Az egerek előre indulnak, azonban hamarosan szembe találják magukat ellenfelükkel és elkezdődik a versengés, igyekeznek a másikat kitolni a csőből. Miután minden lehetséges páros megmérkőzött, a kutatók a győzelmek száma szerint állítottak fel rangsort az egerek között.

A teszt alatt elektródákkal rögzítették a dmPFC sejtjeinek aktivitását. A sejtek egy részénél fokozódott a tüzelési frekvencia, amikor az egér tolta a másikat vagy ellenállt a másik próbálkozásainak. Ezek a kompetitív viselkedések tehát fokozott aktivitást váltottak ki a dmPFC egyes sejtjeiből, ami egybe vágott a korábbi kutatások eredményeivel. Ezek után a kutatók mesterségesen serkentették a dmPFC aktivitását, ami az esetek 90%-ában a stimulált egér győzelmét idézte elő, így megváltozott az egerek rangsorban elfoglalt helye. Azok az állatok, amelyek többször is győztek a dmPFC aktivitásának fokozása miatt, a következő napon megtartották új rangjukat, méghozzá beavatkozás nélkül, tehát megjelent a győztes effektus. A kutatók azt is megvizsgálták, hogy a cső teszten elért siker hogyan befolyásolja a teljesítményt más versengést igénylő feladat esetén.

A ’meleg-pont verseny’ során több egér kerül ugyanabba a ketrecbe. A ketrec alja 0 °C hőmérsékletű, viszont egy sarokban kellemesen meleg. Mivel ezen a ponton egyszerre csak egy egyed fér el, az egerek versengeni kezdenek érte, a sikeresség pedig az itt eltöltött idő hosszában mérhető. Ezúttal is felállítottak egy rangsort, majd a rangsor alján lévő egereket a dmPFC stimulációjával többször is győzelemre vezették a cső teszten. Ezek az állatok másnap a meleg-pont verseny rangsorában is előkelőbb helyekre tettek szert, pedig ekkor már nem kaptak ingerlést.

A viselkedés elemzése alapján a dmPFC stimulációja fokozta a kompetitív viselkedési elemek megjelenésének számát és időtartamát, viszont sem az agresszióra, sem a szociális érzékenységre nem volt hatással. A kutatók az eredmények alapján úgy gondolják, hogy a dmPFC a versengés ár-érték arányának megítélését módosítja. Az ár-érték arány felmérését más vizsgálatok is a dmPFC-hez kötik, kiszámításához a versengéshez szükséges erőfeszítés, a győzelem valószínűségének és a győzelem értékének becslése, majd ezek összesítése szükséges. Az ár-érték arány csökkenése hajlamosíthatja az állatot a versengésre. A győztes effektus is magyarázható ezzel a számítással: a korábbi győzelmek fokozzák az újabb győzelem valószínűségének becsült értékét, ezzel szintén csökken a számított ár-érték arány és az egyed nagyobb energiát fektet a versengésbe.

A prefrontális kéreg gliasejtjei is befolyásolják a versengést

A korábbi eredmények fényében tehát világos volt, hogy a dorzomediális prefrontális kéregnek központi szerepe van a versengésben. Egyes tanulmányok a neuronok szintjén is fontos eredményeket hoztak. Kiderült például, hogy a dmPFC fokozott aktivitása a versengés során annak köszönhető, hogy az ún. piramidális sejtek felszabadulnak a gátlás alól, amelyet különféle neuron-csoportok idéznek elő (vazoaktív intesztinális polipeptidet illetve parvalbumint kifejező interneuronok).

Egy koreai kutatócsoport új kísérletsorozata arra a kérdésre kereste a választ, hogy hogyan befolyásolja az említett sejtek közti kommunikációt a gliasejtek egy típusa, az asztrocita. Az asztrocitákról sokáig úgy tartották, hogy csak a neuronok táplálásában van szerepük, azonban az utóbbi időben számos olyan eredmény látott napvilágot, amelyek szerint a neuronok közötti kommunikációba is beleszólnak.

A kutatók modern géntechnológiai módszerekkel mutatták ki, hogy az asztrociták működése és a versengő viselkedés megjelenése között kapcsolat áll fenn, ráadásul az asztrociták aktivitásának mértéke összefügg az adott állat szociális hierarchiában betöltött helyével is. További vizsgálatokkal azt is kimutatták, hogy az asztrociták mesterséges befolyásolása hatással volt az állat társas rangjára. Az is kiderült, hogy az asztrociták végső soron a piramidális sejtekhez érkező serkentő és gátló hatások arányát változtatják meg, így növelik ezen sejtek aktivitását.

Ez az új eredmény tehát tovább élesíti az intraspecifikus versengés idegrendszeri alapjairól alkotott képet. Az eddigi ismeretek alapján világos volt, hogy a dmPFC fokozott aktivitása eredményezi a fokozott motivációt a versengés során. Az agykéreg aktivitása jelentős részben az itt található nagyméretű piramidális sejteken múlik és kiderült, hogy ezek felszabadulnak a gátló interneuronok hatása alól. Az új eredmény azt is tisztázza, hogy hogyan: az asztrociták működésének következtében a piramidális sejtekre kisebb hatást gyakorolnak ezek az interneuronok.

A szakértők szerint az új eredmények idővel akár olyan zavarok kezelésében is segíthetnek, melyeknél a szociális viselkedés valamilyen szempontból nem működik megfelelően. Ilyen például az autizmus spektrum zavar és a depresszió is. Mindkét jelenség szociális visszahúzódással jár és elképzelhető, hogy ezen segíthet a dmPFC működésének befolyásolása. Ettől függetlenül az új eredmény azért is érdekes, mert újfent alátámasztja azt a gondolatot, hogy az asztrocitáknak fontos szerepe van a neurális hálózatok működésének befolyásolásában.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány Agyi aktualitások rovatában jelent meg.

Forrás

History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance | Science

Control of social hierarchy beyond neurons | Nature Neuroscience