通过同时监视几个大脑区域的电活动，研究人员发现他们可以识别出单个鼠是如何社交还是孤独的。然后，通过调整这个社会大脑网络中的节点，他们显示，它们可以促使鼠变得更加合群。

这项研究可能会带来更好的诊断工具，以了解社交障碍患者(如自闭症谱系障碍患者)的大脑如何变化。

这项新研究发表在3月15日的在线《Neuron》杂志上。

神经科学家经常通过一次研究一个微小的大脑区域来进行研究。他们可能会根据过去有关其参与特定行为(比如社会行为)的线索，选择他们最喜欢的大脑区域，并孤立地研究该区域。

但一次只研究一个小的大脑区域是一个大问题，霍华德·休斯医学调查员Kafui Dzirasa副教授说。他说，就像大脑一样，汽车也不只是一件东西，而是不同结构的零部件协同工作的产物。

“汽车不是方向盘。汽车不是轮胎。汽车不是发动机。汽车不是速度计。汽车不是车头灯。你必须把它们放在一起才能得到汽车，”Dzirasa说。“当你把它们放在一起，你就能算出一辆车的移动速度。当然，轮胎可能是一样的，但兰博基尼的移动方式与本田雅阁不同。”

为了弄清楚是什么驱使鼠进行社交活动，Dzirasa的团队首先精密地植入了一个记录设备，以捕捉协调不同社会行为方面的八个大脑区域的同步电活动，比如前额叶皮层和分泌多巴胺的腹侧被盖区。

接下来，当研究人员听老鼠的脑电波时，鼠可以选择与另一只鼠或一小堆黑色乐高积木互动。令人惊讶的是，没有一个大脑区域的电活动可以预测鼠在任务中是如何社交的。即使是一名训练有素的工程师，Dzirasa也需要帮助来整合所有复杂的脑电波数据。

“我们(神经科学家)不知道如何制造汽车。我们只看到轮子和轮胎。我们不知道这个系统是如何运作的。”

为了收集更清晰的数据，Dzirasa与他的长期合作伙伴David Carlson取得了联系，David Carlson是土木与环境工程、生物统计学和生物信息学的助理教授，同时也是杜克大学脑科学研究所的成员。Carlson是机器学习领域的专家。机器学习是人工智能(AI)的一个分支，通过这种方式，计算机能够更好地理解复杂的数据。Carlson帮助开发了一种新的人工智能系统，以理解脑电波数据。

Carlson说:“我们试图做的是让这个人工智能系统能够学习和描述大脑中发生的事情，我们试图把这个人工智能作为科学过程中的合作者。”

重要的是，这种新的人工智能工具可以分析大脑每个区域的所有电活动，数万个脑细胞，并绘制出新的“社交大脑网络”地图。现在，研究人员可以通过观察动物的社会大脑网络的综合活动来预测哪些动物更喜欢同伴的陪伴。

有了社交倾向的新地图和水晶球，Dzirasa的团队测试了激活这个社交大脑网络是否会让鼠变得更社交。为了精确控制这些大脑区域，研究人员使用了一种名为光遗传学的基于光的技术，使它们能够随时随意地闪烁在特定的大脑区域。激活前额叶皮层的脑细胞会刺激已经外向的鼠更加亲近另一只鼠，这表明这种社会大脑网络既能感知又能指导社会行为。

在最后的测试中，Dzirasa问这个社会大脑网络模型能否在自闭症小鼠模型中检测到受损的社会行为。当Dzirasa的团队敲除小鼠的ANK2基因时，他们的行为干扰了机器学习工具。它不再能够根据脑电波来预测一只给定的鼠是如何社交的，这表明新的机器学习工具在检测异常的电活动方面很好。

Dzirasa和Carlson急于探索这些在鼠身上的发现在人类身上是否也适用。目前，Carlson的团队正在与杜克大学自闭症和大脑发展中心的研究人员合作，评估这种新的机器学习工具是否能够检测典型和神经多样性儿童的大脑变化。

Dzirasa希望开发出更好的诊断工具和治疗其他社会障碍的方法。他将这一目标比作心脏病学:心电图可以测量任何人在活动时的心率，并将其与人们在休息时的基线心率进行比较，而人们的基线心率差异很大。但目前还没有类似的工具来追踪和治疗大脑障碍。也没有心脏起搏器来调节“正确”的群居程度，这是Dzirasa实验室未来的另一个目标。

然而，Dzirasa热衷于强调变异是正常的，所以这项研究和未来的工作对于理解在一个人的典型社交范围之外的事情是如何出错很重要。

“有些人比其他人更善于社交。这并不意味着不爱社交的人有精神疾病，这意味着存在个体差异，”Dzirasa说。“如果你想最终把这与思考人类如何受到精神疾病的影响联系起来，你需要了解个体。”

Stephen D. Mague, Austin Talbot, Cameron Blount, Kathryn K. Walder-Christensen, Lara J. Duffney, Elise Adamson, Alexandra L. Bey, Nkemdilim Ndubuizu, Gwenaëlle E. Thomas, Dalton N. Hughes, Yael Grossman, Rainbo Hultman, Saurabh Sinha, Alexandra M. Fink, Neil M. Gallagher, Rachel L. Fisher, Yong-Hui Jiang, David E. Carlson, Kafui Dzirasa. Brain-wide electrical dynamics encode individual appetitive social behavior. Neuron, 2022;