用发光二极管揭示神经活动

群体生活有明显的好处。作为社会群体的一员，一个人可以与他人分享资源，寻求保护免受捕食者，并以有效的方式觅食。在一篇2020年发表于科学的进步韩国科学技术研究所脑科学研究所的神经科学家Jee Hyun Choi和她的学生Jisoo Kim认为，关于群体生活和社会行为对哺乳动物大脑的好处，还有更多的故事有待发现。他们的研究使用了CBRAIN(照明神经活动辅助的集体大脑研究)，这是一种独特的神经遥测设备，配有LED灯，能够测量和实时分析集体大脑活动。

虽然许多实验都是为了确定个体在成本-收益模式下的行为和立场，但神经科学学界对动物群体如何形成特定社会行为的问题越来越感兴趣。理解个体如何制定策略来产生具体的群体行为，是理解社会群体及其行为表现型的核心。例如，最近的研究发现，当捕食者作为一个群体进行协调时，在成功的捕食尝试中强加给捕食者的总体风险就会降低。

资深作者Jee Hyun Choi解释说:“在自然界中，动物可能会遇到一些威胁，而在这些威胁中，群体行为可能对所有群体成员都不利。”事实上，形成一个紧密的集群可能会使一些成员难以有效地避开捕食者。我们的目标是找到集体大脑这些活动代表了群体在复杂环境中产生的行为表现型，并使群体成员之间的大脑行为联系具有特征。”

该研究小组与韩国工业科技研究所的Sung Q Lee合作，开发了一种无线记录设备CBRAIN，它带有一个边缘发光的LED，可以安装在老鼠的头上。这个微小的装置被植入大脑皮层下，用来收集杏仁核中一个叫做基底外侧杏仁核(BLA)的特定亚区域的电压信号，这个区域被认为对诸如压力和焦虑等情绪刺激高度敏感。当实时扫描神经活动时，电路板上出现特定频率的节律性活动时，设备上的LED就会亮起来。这些有节奏的活动，连同一组老鼠发出的信号，被传送到一个接收器。与其他在所有实验完成后分析信号的神经记录设备相比，CBRAIN产生集体大脑活动实时报告的能力是值得注意的。

Choi和她的团队开发了实验方案，以确认电极坐标和校准BLA中的瞬态快节奏γ频率范围，称为伽马暴，在老鼠身上。研究人员研究了在一群老鼠被一个类似蜘蛛的机器人攻击时，主动和被动表现出恐惧时的这种爆发现象。通过CBRAIN，他们观察到在恐惧驱动的行为中伽马暴的发生取决于社会环境。当老鼠成群结队地与机器人相遇时，它们表现出的伽马射线爆发更少，而且它们成群结队地躲避机器人并保护自己，就像它们在自然界中所做的那样。

深度学习工具计算的运动轨迹的事后分析显示，聚合的形式与gamma活动相关。虽然位于集群边缘的老鼠表现出更高的伽马射线活动，但位于组内的老鼠表现出的伽马射线活动水平与没有机器人在场时相似。该论文的第一作者Jisoo Kim说:“杏仁核伽玛暴的减少可能反映了在一起所产生的社会缓冲效应。”“然而，要得出明确的结论，需要在不同的生态环境和不同的种群结构中测试它们的活动。”

对于一项新发展的技术和社会行为神经科学的前景，许多神经科学家持乐观态度。“我们用与传统神经记录相同的方式来分析CBRAIN获取的数据，但是不需要首先记录和检查数据的直接观察让我们在发现特定大脑活动的功能方面有更大的自由度，”Choi总结道。“我相信这项工作是一个典型的研究，强调了一个群体中个体实时边缘照明神经记录的有效性，大脑和行为的即时连接将扩大我们对复杂社会行为背后动机的理解。”

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