无论是在晚宴上与朋友聊天，还是在工作中管理高风险的会议，与团队中的其他人交流都需要一系列复杂的脑力任务。我们的大脑必须跟踪谁在说话，在说什么，以及我们与那个人的关系可能是什么——因为，毕竟，我们可能比一个完全陌生的人更重视我们最好的朋友的意见。
今天发表在《科学》杂志上的一项研究首次揭示了社会哺乳动物的大脑如何处理这些复杂的群体互动。
在这项研究中，加州大学伯克利分校的神经科学家使用无线神经记录设备来跟踪埃及果蝠的大脑活动，因为它们在群体中自由互动，并偶尔通过尖锐的尖叫声和咕噜声互相发声。
“大多数交流研究，尤其是发声研究，通常是在单个动物或成对动物身上进行的，但基本上没有在实际的群体环境中进行过，”该研究的共同第一作者、NeuroBat 实验室的研究生迈蒙·罗斯说。加州大学伯克利分校。“然而，包括人类在内的许多社会哺乳动物通常成群结队地互动。特别是埃及果蝠，喜欢在大群落中互动。”
通过跟踪哪些蝙蝠发声，同时测量发声和聆听蝙蝠的实时神经活动，研究人员能够解码蝙蝠额叶皮层中的神经元如何区分它们自己和其他人的发声，以及蝙蝠如何区分群体中的不同个体。
当他们比较不同蝙蝠的神经记录时，他们还发现，当蝙蝠发出声音时，大脑活动变得高度相关。令人惊讶的是，他们发现“更友好”的蝙蝠产生的交流——那些花更多时间与其他人近距离接触的蝙蝠——在群体成员的大脑中引起了更高程度的相关性。
“其他神经科学研究试图单独检查这些相互作用的一小部分。例如，一项研究可能会检查当其他人说话时神经元如何反应，然后另一项研究可能会研究当该人说话时神经元如何反应，”研究资深人士说。作者 Michael Yartsev，加州大学伯克利分校神经生物学和生物工程助理教授。“这项研究是第一次真正将所有这些部分放在一起，以全面了解社会群体内的沟通情况。”
数以千计的吵架室友
像人类一样，埃及果蝠是高度社会化的生物。经过漫长的夜晚飞行 10 英里或更长时间寻找成熟的果实后，这些夜间活动的动物与成百上千的其他蝙蝠一起挤在狭窄的洞穴和裂缝中度过白天。毫不奇怪，研究表明，这些蝙蝠通常会发出声音来为食物、睡眠空间和交配尝试争吵。
“这些蝙蝠的寿命非常长——它们能活大约 25 年——基本上它们的一生都在这种群体社交生活中度过，”Yartsev 说。“因此，在一个群体中生活在一起并相互交流的能力是他们生活的固有特征。”
即使在实验室环境中，蝙蝠似乎更喜欢一群人的舒适，通常大部分时间都在一个紧密的集群中相互挤压。值得注意的是，除了为了回声定位而发出咔哒声之外，埃及果蝠不进行任何长距离交流，而且似乎只有在聚集在一起时才会对其他蝙蝠发声。
“如果你参观这些蝙蝠洞穴，你只需抬头就能看到数以万计的动物，”Yartsev 说。“所以，一只蝙蝠对着另一只蝙蝠大喊大叫是没有意义的。”
蝙蝠只在紧密的社会群体中发声的习惯使它们成为研究群体交流的理想对象，因为如果蝙蝠在群体中确实发出叫声，那么这种叫声很可能表明正在进行社会交流。然而，该研究的共同第一作者、NeuroBat 实验室的博士后研究员 Boaz Styr 说，这种行为也给研究团队带来了许多技术挑战之一。
“一个大问题是试图确定哪只蝙蝠发出了声音，因为它们把时间花在紧密的集群中，有时会相互遮挡，”斯蒂尔说。“即使我们有从不同角度录制的高分辨率摄像机，周围有很多麦克风，也很难确定哪只蝙蝠在哪个时间点打电话。”
在实验过程中，四到八只蝙蝠被允许在实验室的黑暗围栏中自由互动，并允许自发地发声。为了准确识别出每次发声的蝙蝠，该团队开发了无线振动传感器，蝙蝠可以戴在脖子上，就像项链一样，可以检测蝙蝠发出呼叫时产生的振动。
“这些振动传感器与我们同时无线记录来自多只蝙蝠的神经数据的能力相结合，使我们能够创建这个实验，让蝙蝠可以自由地行动和自发地交流，”斯蒂尔说。“让所有这些技术事物协同工作极具挑战性，但它让我们能够提出这些非常重要的问题。”
自己和他人的神经元
在一组实验中，研究人员让四到五只蝙蝠在实验室的黑暗围栏内自由互动，同时仔细监测每只蝙蝠的发声和大脑活动。
他们发现，在每只蝙蝠的额叶皮层(一个已知参与调节动物和人类社会行为的区域)内，不同的神经元被激活，这取决于群体中哪只蝙蝠发声;换句话说，一只蝙蝠的发声会刺激一组神经元的活动，而另一只蝙蝠的发声会刺激一组不同的神经元。这些相关性非常强，以至于在确定了哪一组神经元对应于哪只蝙蝠后，研究人员可以通过观察其他蝙蝠的神经活动来确定哪只蝙蝠发出了纯粹的声音。
“这些单个神经元关心的是，'是我在打电话吗?还是其他人在打电话?' 不管是什么类型的发声，”斯蒂尔说。“其他神经元只对组中一只特定蝙蝠说话的时间敏感。”
NeuroBat 实验室的早期工作表明，蝙蝠对的大脑在社交时倾向于同步。在这项研究中，作者发现在声音交流过程中，整个群体会同步在一起。当蝙蝠只是听到相同声音的回放时，没有观察到这种效果，这表明这种现象是群体成员之间发生的积极交流所特有的。
有趣的是，小组成员大脑之间的相关程度似乎取决于哪只蝙蝠在说话，有些蝙蝠与特定个体的同步性更强。值得注意的是，这些大脑间模式持续了数周，大概代表了个体之间稳定的社会关系。
为了更好地了解社会动态如何影响大脑活动，研究人员进行了一组单独的实验，其中允许八只蝙蝠在更大的围栏中自由互动。除了监测每只蝙蝠的发声和神经活动外，他们还跟踪了每只蝙蝠相对于组中其他蝙蝠的空间位置。
“蝙蝠可以识别并与其他个体蝙蝠建立稳定的社会关系，即使在很长一段时间内和在不同的情况下，”罗斯说。“因为我们有这群蝙蝠，所以我们决定在更大的区域追踪它们的位置，看看这是否会告诉我们关于它们的社会关系的任何信息——谁喜欢谁，谁是更善于交际的蝙蝠，谁是不太善于交际的蝙蝠。 ”
他们发现，虽然大多数“群内”蝙蝠几乎所有的时间都与其他蝙蝠聚集在一起，但一些“群外”蝙蝠花更多的时间站在一边，与群分开。令人惊讶的是，该团队还发现，蝙蝠的群内或群外状态会影响其他蝙蝠在发声期间的神经活动。
“我们发现，当群内蝙蝠发声时，它们在其他蝙蝠中引发了更准确的神经表征，并且还引发了群体内更高水平的大脑同步，”罗斯说。“所以，虽然还不完全清楚到底发生了什么，但似乎群外蝙蝠的行为确实改变了它们在其他蝙蝠大脑中的神经表征。”
Yartsev 说，了解为什么有些人几乎可以轻松应对任何社交场合，而其他人却一直被排斥或误解的神经基础，可能会对改善人类心理健康产生重大影响。他希望这项研究能激励神经科学家更全面地研究其他社会哺乳动物之间的群体交流。
“通常，在神经科学中，我们喜欢采用一种简化的方法，一次只关注复杂过程的一个组成部分，”Yartsev 说。“但实际上，社交世界是复杂的。当我们与朋友共度时光时，每次互动都会带来很多关系历史和包袱：昨天发生了什么，那个人和谁是朋友，每个人在生活中的感受如何?瞬间。因此，分解事物并单独观察它们可能会产生控制的错觉，但实际上，很难获得完整的画面。”
“我们的大脑，以及动物的大脑，已经为现实生活的复杂性而进化并不断与之抗争，”Yartsev 补充道。“我个人认为，要真正了解大脑，我们需要接受这种复杂性，而不是害怕它，事实上，每次我们这样做时，我们都会发现一些新的和令人兴奋的东西。我希望这，以及我们的其他研究表明，我们需要研究大脑的所有复杂性。”