Wie stellen wir dar, was andere tun und erhalten?
Social Agent Identity Cells in the Prefrontal Cortex of Interacting Groups of Primates. Science 2021
Ich bin schon mein ganzes Leben lang von sozialen Interaktionen fasziniert. Während meiner Doktorarbeit habe ich ein neuronales Signal entdeckt, das damit zusammenhängt, wer für die Selbstbelohnung verantwortlich ist (Baez-Mendoza PNAS 2013). Das Problem bei dieser Interpretation ist jedoch, dass das experimentelle Design kein neuronales Signal erzeugen konnte, das zwischen einem Individuum und einem anderen Agenten unterscheiden kann.
Um ein Identitätssignal eines sozialen Agenten zu testen, musste ich drei Agenten gleichzeitig testen. Die Aufgabe ist verblüffend einfach: Drei Affen sitzen um einen Drehtisch und bieten abwechselnd einem der beiden anderen Affen eine Belohnung an (z. B. ein Apfelstück). Gleichzeitig zeichneten wir die Aktivität einzelner Neuronen in einem Hirnareal auf, von dem bekannt ist, dass es eine Rolle bei der sozialen Kognition spielt - dem dorsomedialen präfrontalen Kortex oder dmPFC. Am Ende fanden wir im dmPFC eine viel reichhaltigere Hirnrepräsentation sozialer Interaktionen, als ursprünglich erwartet wurde. Erstens fanden wir ein Signal, das mit der Identität des sozialen Akteurs für Belohnung oder Handlung zusammenhängt. Diese Art von Signal ist ein Baustein für den sozialen Austausch. Es stellt dar, wer eine Handlung ausführt oder wer eine Belohnung erhält. Mithilfe von Algorithmen des maschinellen Lernens konnten wir dann aus der neuronalen Population ablesen, was in der vorangegangenen Interaktion geschehen war. Außerdem konnten wir aus der Neuronenpopulation entschlüsseln, wem das Tier ein Apfelstück geben würde, noch bevor es die Handlung ausführte. Dieser Befund deutet darauf hin, dass dieses Hirnareal eine Rolle bei strategischen Entscheidungen spielt und dem Individuum hilft, die Frage zu beantworten, mit wem es vorteilhafter ist, sich zu revanchieren".
Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass der dmPFC eine wichtige Rolle bei der Planung unserer Handlungen und Ergebnisse sowie bei der Planung der Handlungen anderer spielt.
Wie berechnen wir die Überzeugungen der anderen?
Strategische Verhaltensweisen beruhen auf der Vorhersage der Handlungen anderer. Diese Fähigkeit ist beim Menschen hoch entwickelt und wird durch die Theory of Mind (ToM) unterstützt, die auch eng mit unserer kognitiven Fähigkeit verknüpft ist, sich selbst von bestimmten anderen zu unterscheiden.
Der Lackmustest dafür, ob jemand Überzeugungen versteht, ist, ob er das Verhalten eines Akteurs vorhersagen (und möglicherweise erklären) kann, wenn der Akteur eine falsche Überzeugung hat, d. h. wenn der Akteur aus seiner subjektiven Perspektive rational, aus objektiver Sicht jedoch irrational handelt. Wir fanden heraus, dass wir den Unterschied zwischen physischen Objekten und den Überzeugungen anderer anhand von bis zu 20 % der aufgezeichneten dmPFC-Neuronen entschlüsseln konnten. Der Schlüssel des False-Belief-Tests ist die Unterscheidung zwischen wahrer und falscher Überzeugung, und wir konnten diesen Unterschied bei 23 % der einzelnen Neuronen entschlüsseln. Schließlich untersuchten wir, ob die Neuronen anderer Überzeugungen generell falsche Überzeugungen widerspiegeln, fanden aber nur geringe Überschneidungen in diesen beiden Neuronengruppen.
Wie entscheidet man sich für die Teilnahme an einem Wettbewerb?
Es handelt sich um eine Studie unter der Leitung von William Li, den ich während seiner Promotion im Labor von Ziv Williams mitbetreut habe. Meine Rolle bei dieser Arbeit war die eines Beraters und eines Resonanzbodens. Zunächst entwickelten Will und Ziv ein cleveres neues Paradigma zum Testen von Gruppenwettbewerben, bei dem eine Gruppe von Mäusen in eine Arena entlassen wird, mit dem Ziel, als erste durch einen schmalen Durchgang zu gelangen und ein Futterpellet zu fressen... so wie manche Menschen sich am schwarzen Freitag um einen neuen Flachbildfernseher drängeln.
Wir variierten, gegen wen die Tiere antraten (höhere oder niedrigere Dominanz), um wie viel (unterschiedliche Futtermengen) und wie viel sie sich anstrengen mussten (zurückgelegte Strecke). Es stellte sich heraus, dass der relative Rang der Mäuse ausschlaggebend dafür war, wer gewann! Anschließend zeichneten wir drahtlos einzelne Neuronen im präfrontalen Kortex dieser Mäuse auf, während sie wetteiferten. Diese Neuronen integrierten Informationen über die Konkurrenten, den Preis und die für den "Sieg" erforderliche Anstrengung, um anstehende Entscheidungen zu treffen. Zusammen konnten diese Neuronen sogar den zukünftigen Erfolg des Tieres vorhersagen, lange bevor der Wettbewerb begann, was bedeutet, dass sie wahrscheinlich das Wettbewerbsverhalten der Tiere auf der Grundlage der Personen steuerten, mit denen sie interagierten. Die Manipulation der Aktivität dieser Zellen könnte andererseits die Wettbewerbsanstrengungen der Tiere künstlich erhöhen oder verringern und somit ihre Fähigkeit, erfolgreich gegen andere zu konkurrieren, steuern. Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass die Neuronen im Gehirn den Wettbewerb zwischen den Individuen steuern. Der Erfolg im Wettbewerb ist nicht einfach ein Produkt der körperlichen Fitness oder Stärke eines Tieres, sondern wird stark von neuronalen Signalen im Gehirn beeinflusst, die den eigenen Wettbewerbsdrang beeinflussen.
Wie stellen wir dar, was andere tun und erhalten?
Als ich meine Doktorarbeit an der Universität Cambridge bei Prof. Wolfram Schultz begann, gab es keine Studien oder Protokolle zur Untersuchung der einzelneuronalen Grundlagen sozialer Interaktionen. Meine Neugier motivierte mich zur Entwicklung eines innovativen Apparats mit zwei Affen für Verhaltenstests und neurophysiologische Aufzeichnungen. Diese Arbeit führte zu vier Originalveröffentlichungen als Erstautor und korrespondierender Autor. Die vorliegende Arbeit ist die wichtigste aus meiner Doktorarbeit. Wenn Agenten mit ihrer Umwelt interagieren und eine Belohnung erhalten, müssen sie herausfinden, welche Abfolge von Handlungen zu diesem Ergebnis geführt hat, wenn sie es erneut erhalten wollen. Das gleiche Problem tritt auf, wenn man mit anderen interagiert; es besteht die Notwendigkeit, die Handlungen anderer mit positiven oder negativen Ergebnissen in Verbindung zu bringen, was wir das Problem der sozialen Kreditvergabe nennen. Wir haben uns auf die Suche nach neuronalen Signalen gemacht, die zwischen Handlungen unterscheiden, die zu einer Belohnung durch die eigene Person und durch einen anderen Akteur führen. Ich zeichnete die Aktivität einzelner Neuronen aus dem vorderen Striatum eines Affen auf, während er abwechselnd mit einem Artgenossen eine Handlung ausführte, die beiden eine Belohnung einbrachte. Ich kontrollierte mehrere Variablen, darunter die Belohnungskontingente, die Kosten der Handlung, die Augenposition und die Lebendigkeit des anderen (d. h. ob der andere ein Artgenosse oder ein leerer Stuhl war). In dieser Arbeit beschreiben wir drei Haupttypen von einzelnen neuronalen Reaktionen. Erstens wiederholten wir frühere Erkenntnisse über Neuronen, die die erwartete eigene Belohnung widerspiegeln (die Belohnung, die das aufgenommene Tier erhalten wird). Zweitens haben wir zum ersten Mal einzelne Neuronen gefunden, die zwischen eigenen und fremden Handlungen im Striatum differenzieren. Drittens entdeckten wir einzelne Neuronen, die die Interaktion zwischen den Handlungen anderer und der eigenen Belohnung darstellen. Diese Arten von Reaktionen können zur Lösung des Problems der sozialen Kreditvergabe verwendet werden.