동굴 구석에 매달려 있는 과일박쥐가 꿈틀거린다. 움직일 준비가 되었습니다. 그것은 자유로운 농어를 찾기 위해 공간을 스캔한 다음 날아가서 막 날개를 조정하여 보풀이 많은 동료 중 하나 옆에 있는 지점에 접근하는 각도를 조정합니다. 그렇게 하면서 뇌에서 추출된 신경학적 데이터가 동굴 벽에 설치된 센서로 전송됩니다.

이곳은 지중해를 따라 있는 아늑한 동굴이 아닙니다. 이집트과일박쥐 그룹은 캘리포니아주 버클리에 있으며, 연구원들이 동물의 마음의 내부 작용을 연구하기 위해 설치한 실험실의 인공 동굴을 탐색하고 있습니다.

연구자들은 박쥐가 물리적 환경을 탐색하면서 사회적 관계 네트워크도 탐색한다는 아이디어를 가지고 있었습니다. 그들은 박쥐가 이러한 교차하는 현실을 매핑하기 위해 뇌의 동일한 부분을 사용하는지 아니면 다른 부분을 사용하는지 알고 싶었습니다.

에 발표 된 새로운 연구에서 자연 XNUMX월에 과학자들은 이 지도들이 중복된다는 사실을 밝혔습니다. 박쥐에게 자신의 위치를 ​​알려주는 뇌 세포는 근처에 있는 다른 박쥐의 위치뿐 아니라 신원에 대한 세부 정보도 인코딩합니다. 이번 발견은 진화가 다양한 종의 필요를 충족시키기 위해 다양한 목적으로 뉴런을 프로그램할 수 있다는 흥미로운 가능성을 제시합니다.

문제의 뉴런은 장기 기억 생성에 관여하는 포유류 뇌 깊은 곳의 구조인 해마에 위치하고 있습니다. 장소 세포로 알려진 특수한 해마 뉴런 집단이 내부 항법 시스템을 생성하는 것으로 생각됩니다. 1971년 신경과학자 존 오키프(John O'Keefe)가 쥐의 해마에서 처음으로 발견한 장소 세포는 동물이 특정 위치에 있을 때 발화합니다. 다른 장소 셀은 다른 장소를 인코딩합니다. 이 시스템은 동물이 현재 어디에 있는지, 어디로 가야 하는지, 여기에서 저기로 이동하는 방법을 결정하는 데 도움이 됩니다. 2014년 오키프 노벨상을 수상했습니다 장소 세포를 발견한 공로로 지난 수십 년 동안 인간을 포함한 여러 영장류에서 장소 세포가 확인되었습니다.

그러나 동물이 주변 환경의 변화를 경험할 수 있는 유일한 방법은 장소에서 장소로 이동하는 것이 아닙니다. 당신의 집에서는 벽과 가구가 대부분 매일 동일하게 유지됩니다. 마이클 야르체프, 버클리 캘리포니아 대학교에서 자연 행동의 신경 기반을 연구하고 새로운 연구를 공동 주도한 사람입니다. 그러나 생활 공간의 사회적 맥락은 매우 정기적으로 바뀔 수 있습니다.

Yartsev는 “사람들이 들어오면 돌아다니고 상호 작용합니다.”라고 말했습니다. 그 사람들이 어디에 위치해 있는지, 그리고 각 개인과의 관계의 성격이 공간을 이동하는 방법에 영향을 미칩니다. “공간 환경은 매우 역동적이지만 벽이 움직이기 때문은 아닙니다.”라고 그는 말했습니다.

Yartsev는 사회적 환경이 물리적 환경의 끊임없이 변화하는 특징이기 때문에 이에 대한 정보가 위치 셀에 인코딩될 수 있다고 생각했습니다. 그러나 과일박쥐 서식지와 같이 매우 사회적 환경에서 직접적인 테스트가 수행된 적은 없습니다.

Yartsev는 "우리 삶 전체에 내재된 환경의 이러한 특정 측면은 이전에 연구된 적이 없습니다."라고 말했습니다.

뇌가 사회적 환경을 어떻게 탐색할 수 있는지에 대한 통찰력을 얻기 위해 Yartsev와 그의 박사후 연구원은 안젤로 포를리 이전에 뇌의 항법 배선 연구에 사용했던 이집트 과일 박쥐를 살펴보았습니다.

Yartsev의 연구실에서 그들은 박쥐의 행동을 추적하면서 뇌 활동을 측정하도록 설계된 거실 크기의 비행실인 인공 동굴을 만들었습니다. 한 번에 3~XNUMX마리의 박쥐가 소음 방지 폼이 깔려 있고 먹을 수 있는 농어와 과일이 갖춰진 방 안을 자유롭게 날아다녔습니다. 박쥐의 정확한 XNUMXD 움직임을 추적하기 위해 연구원들은 방 벽에 설치된 센서와 통신하는 가속도계와 모바일 태그(창고 내 패키지를 추적하는 데 사용되는 시스템에서 수정됨)를 목걸이에 장착했습니다. 연구팀은 또한 박쥐의 뇌에 작은 전극을 이식하여 동물이 우리 주위를 날아다니며 서로 상호 작용할 때 발사되는 해마 뉴런을 무선으로 기록했습니다.

연구자들은 박쥐의 자발적인 사회적 상호 작용을 조사할 수 있도록 실험 설정에 이 모든 정교한 노력을 기울였습니다. 이는 아마도 야생에서 경험하는 것과 유사할 것입니다. 이는 인간의 개입 없이 박쥐를 스스로의 장치에 맡기는 것을 의미했습니다.

Yartsev는 "그냥 인간을 방 밖으로 데리고 나가서 박쥐가 평소에 하는 일을 박쥐가 하도록 하려는 생각이었습니다"라고 말했습니다.

예상한 대로 특정 박쥐의 장소 세포는 동굴 내 박쥐의 위치에 따라 활동을 변경했습니다. 특정 장소 세포는 박쥐가 특정 지점에 있을 때 더 자주 발사되는 반면, 다른 장소 세포는 박쥐가 다른 곳에 있을 때 발사를 증가시켰습니다.

다른 박쥐의 존재 여부도 뉴런의 발화에 영향을 미쳤습니다. 박쥐가 착지하러 들어갈 때, 착지 장소에 보금자리가 있는지 여부에 따라 장소 세포가 다르게 행동했습니다. 더욱이 뉴런은 특정 박쥐의 정체성을 암호화하여 친구와 지인을 구별하는 것으로 나타났습니다. 박쥐가 사회적으로 밀접하게 접촉하는 사람 옆에 착지한 경우 뉴런은 많은 시간을 보내지 않은 박쥐 근처에 착지한 경우와 다르게 행동했습니다.

간단히 말해서, 박쥐의 내비게이션 시스템은 소셜 지도로서의 이중 역할을 수행하는 것으로 나타났습니다. 포유류는 단지 집 주위를 돌아다니는 것이 아니라, 집 안에 누가 있는지 추적하기 위해 똑같은 뇌 세포를 사용하기도 했습니다.

“[연구원들은] 자연스러운 행동에 대한 신경과학 연구에 있어서는 완전히 한계에 부딪혔습니다.” 행동 신경과학자가 말했습니다. 앤디 알렉산더 이 연구에 참여하지 않은 캘리포니아 대학교 산타바바라 캠퍼스의 교수입니다.

이 발견은 해마 장소세포의 재사용이 이집트 과일박쥐를 넘어 사회적 뇌의 진화에 적용되는지에 대한 의문을 즉시 불러일으켰습니다. 해마는 고대의 뇌 구조입니다. 주로 혼자 생활하는 오리너구리부터 고도로 공동체적인 사람들에 이르기까지 다양한 생활 방식과 사회성 정도를 지닌 포유류 사이에서 고도로 보존되어 있습니다. 해마의 내비게이션 시스템이 종 전체에 걸쳐 유사하게 사회적 환경을 기록할 가능성이 있습니다. 그러나 장소 회로가 이집트 과일박쥐에서만 이 이중 목적을 진화시켰을 가능성도 똑같이 가능합니다. 추가적인 연구만이 공백을 메울 수 있습니다.

연구 결과는 사회적 지도를 뛰어넘는 것입니다. 그들은 또한 단일 뉴런이 환경의 여러 특징을 인코딩하는 것이 계산상 더 효율적이라는 아이디어인 혼합 선택성 개념에도 적합하다고 Alexander는 말했습니다.

그런 의미에서 해마는 비디오 게임용 그래픽 렌더링부터 기계 학습 계산 수행에 이르기까지 다양한 용도로 사용될 수 있는 컴퓨터의 강력한 그래픽 카드와 같을 수 있다고 Forli는 말했습니다. 해마는 특정 종류의 계산에 탁월할 수 있으며 진화를 통해 수정되거나 프로그래밍되는 능력을 가질 수도 있습니다.

“우리는 전통적으로 해마가 공간의 특정 위치를 암호화하는 이러한 [장소] 세포를 가지고 있다고 생각했습니다.”라고 Alexander는 말했습니다. "그러나 내 생각에 우리는 그것이 실제로 적응력이 뛰어나고 유연하며, 해마가 당신이 제시하는 것에 따라 모든 종류의 것들을 코딩할 것이라는 사실을 점점 더 많이 발견하고 있다고 생각합니다."

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