來源：集智俱樂部
作者：Julia Sliwa
譯者：趙雨亭
審校：梁金
編輯：鄧一雪
從人類到魚再到螞蟻，群居動物在群體中會協調它們的行為，同時，它們的神經系統也可能這么做。然而，迄今為止，大多數神經科學研究的基本分析單位一直是單獨的個體大腦。科學家通過研究個體大腦內的神經元如何相互作用，來尋找動物智慧。但是，如果將大腦嵌入一個群體會改變它的工作方式呢？更大膽的猜想是，如果智慧法則取決于大腦如何在群體中相互作用，而非單個大腦中神經元如何相互作用呢？
最近的兩項研究表明[1, 2]，蝙蝠和恒河猴的大腦分別通過協調自身活動，并在單神經元活動中表征群體，來跟蹤群體的相互作用。
1. 社會互動中，大腦如何運作？
群體生活使物種能夠完成每個個體單獨無法完成的任務，包括減少被捕食或完成重要任務，例如螞蟻建造巢穴，人類建造城市。這些非凡的壯舉從個體的社會互動中涌現出來，互動有時非常簡單，不過是重復鄰居的行為；有時則更為復雜，涉及對他人的記憶和通信[3-5]。
在神經科學中，科學家通過同時記錄兩個人大腦中的神經活動來研究社會互動，他們發(fā)現，群體中兩個人的大腦可以耦合彼此的活動 [6]。在各種社會互動，包括交流、合作、競爭和學習中，都發(fā)現了腦對腦的耦合。這種現象已被證明會影響不同時空尺度（包括神經元放電、神經振蕩和血流動力學反應）和不同大腦區(qū)域的神經活動。此外，兩個大腦活動之間的時間連貫聯系或同步或異步，并且需要從一個大腦傳遞到另一個大腦。通過使用越來越復雜的分析方法，腦對腦的耦合在不同物種中都已得到證實，包括蝙蝠、小鼠和猴子[7-9]。
然而，只有當多種社會互動耦合在一起時，集體動力學的力量才會涌現出來。從研究兩個人之間的一次社交互動，到研究一個群體內的集體社會互動，尺度變化必須與創(chuàng)新方法齊頭并進。在人類研究中，策略是選擇在真實環(huán)境中易于使用的設備——例如教室或音樂工作室——同時協調良好以同時實時記錄群體內的大腦活動[10-12]。
2. 看到同類時，神經元變得活躍
在對埃及果蝠和恒河猴的調查中，Rose 和 Ba?ez-Mendoza 等人分別采取了另一個方向，他們不想犧牲單神經元活動的分辨率。他們專注于參與決策和思考的額葉皮層，其內側區(qū)域是社會認知的樞紐。他們對蝙蝠和猴子這兩個物種接近但非同源的大腦區(qū)域進行記錄，從而能夠識別出額葉皮層中對與之互動的個體的身份敏感的神經元的活動。這意味著交互是為特定的交互伙伴量身定制的（見下圖）。
在蝙蝠中，這種神經元敏感性對于群體內親密伙伴甚至比遠方伙伴更精確，神經元對遠方伙伴的區(qū)分更不明顯。在猴子中，背內側前額葉皮層神經元僅在互動過程中活躍，注視伙伴并沒有激活這些神經元。當互動伙伴是猴子毛絨玩偶或播放的蝙蝠聲音時，這些神經元完全停止活動。與之形成對比的是，非人類靈長類動物在看到同伴面孔的圖片時，其顳葉皮層中表征同伴的神經元是活躍的[13]。在額葉皮層中，這些神經元似乎針對來自同伴的可能動作進行了調整，將它們標記為交流伙伴、競爭者和合作者。
在社會互動時，兩只蝙蝠的大腦將通過同步額葉皮層神經振蕩和神經元尖峰活動來耦合彼此的活動[7]。然而 Rose 等人發(fā)現，當蝙蝠發(fā)出呼叫時，腦間耦合適用于所有傾聽的蝙蝠。呼叫不僅在群體內廣泛傳播信息，而且還誘發(fā)集體大腦耦合。通過同時向所有大腦提供共同的聽覺刺激，在誘導集體大腦耦合方面，通信呼叫（communication call）可能并不比鑼聲或鈴鐺獨特。然而，交流呼叫（communicative call）對如何影響蝙蝠群內的集體大腦耦合則非常獨特。
研究人員在其他蝙蝠在場的情況下訓練蝙蝠發(fā)出聲音以接收人類的食物，但這些經過訓練的呼叫并沒有引起與真正交流相同的集體大腦活動耦合。當發(fā)出經過訓練的呼叫時，呼叫者的大腦不再受到聽者大腦活動的影響。相反，真正的交流依賴于雙向腦間耦合，在這種情況下，呼叫者的大腦在發(fā)送信號之前就已經考慮到了聽者的大腦。
3. 高級認知如何實現？
研究現在應該關注群體嗎？在螞蟻或蜜蜂等群居昆蟲中，個體無法代表其群體的集體結論。相反，個體人類和大多數非人類靈長類動物可以概括群體的部分知識，包括他們的社會結構和文化，并將其用于自己的目的[14]。這使得研究單個大腦如何實現這種高級認知能力變得有趣。
Ba?ez-Mendoza 等人展示了一群恒河猴如何從它們的交易互動中推導出經濟規(guī)律，并在大腦中表征這些知識以指導未來決策。研究人員使用了一個簡單且高度受控任務，足以觸及人類經濟貿易的基礎：給予、接受和回報[15]。
坐在轉盤旁的猴子按順序將蘋果片分發(fā)給彼此。猴子們有策略地選擇將蘋果禮物回饋給曾經給予自己蘋果的猴子，并報復那些沒有分給它們的伙伴。在做決定時，猴子不僅考慮了收到的最后一份禮物，而且還考慮了饋贈的歷史甚至個體的聲譽來指導自身行為。
Ba?ez-Mendoza 等人發(fā)現，在經濟貿易中，來自背內側前額葉皮層的單神經元活動反映了群體的獎勵歷史，監(jiān)測其他猴子選擇的社會結果?；谏窠浽顒?，他們能夠解碼過去的互動，甚至在猴子決定給出一塊蘋果之前，預測未來是回報或是報復。他們發(fā)現的神經元活動不僅反映了猴子的行為，而且是執(zhí)行回饋行為所必需的。如果恰好在猴子做出決定之前，通過可逆的微刺激暫時破壞內側前額葉皮層的神經元活動，回饋就會減弱。
4. 在群體大腦和個體大腦之間穿梭
Rose 和 Ba?ez-Mendoza 等人的研究結果作為研究的重要步驟，有助于識別復雜社會結構中決定如何采取策略的神經機制，包括與他人的互動，了解互動者的特定身份，以及這些互動的歷史。目前尚不清楚來自同一區(qū)域的神經元如何同時參與這些不同的過程。了解哪些神經元的活動有助于同步與編碼社會知識非常重要。是否存在不同的神經元群體，或者是相同的神經元同時執(zhí)行兩項任務？探索大腦活動的分辨率將是回答這個問題的關鍵。
這些研究還強調，未來有必要在兩個層次的研究之間穿梭，以全面掌握社會智能：群體大腦的社會智能，和個體大腦的社會智能。進一步的研究應該評估動物和人類集體的其他動態(tài)特性，包括互聯網上的虛擬集體可能導致的變化。
參考文獻：
1. M. C. Rose et al., Science 374, eaba9584 (2021).
2. R. B?ez-Mendoza et al., Science 374, eabb4149 (2021).
3. I. Couzin, Nature 445, 715 (2007).
4. A. Pentland, Adapt. Behav. 15, 189 (2007).
5. J. Krause et al., Trends Ecol. Evol. 25, 28 (2010).
6. G. Dumas et al., PLOS ONE 5, e12166 (2010).
7. W. Zhang, M. M. Yartsev, Cell 178, 413 (2019).
8. L. Kingsbury et al., Cell 178, 429 (2019).
9. K. M. Gilbert et al., bioRxiv 10.1101/2021.02.08.430294 (2021).
10. S. Dikker et al., Curr. Biol. 27, 1375 (2017).
11. V. Müller et al., Ann. N. Y. Acad. Sci. 1423, 198 (2018).
12. J. Yang et al., Nat. Neurosci. 23, 754 (2020).
13. S. M. Landi et al., Science 373, 581 (2021).
14. D. Cheney et al., Science 234, 1361 (1986).
15. M. Mauss, The Gift: Forms and Functions of Exchange in Archaic Societies (Cohen & West, 1966).
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm3060
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