Social isolation (SI), the deprivation of social contact, is a global problem that can lead to a strongly aversive emotional state in humans and influences the health of individuals across the life-course. As modern society faces social problems such as a surge in single-person households and the recommendation of social isolation due to the COVID-19 pandemic, the importance of research on how chronic social isolation can affect people is being emphasized. According to the previous results, the effects of chronic social isolation are different depending on the period of experience. In this study, we mainly investigated the effects of chronic social isolation in the juvenile period and adulthood on social behavior and brain network in an animal model.Since chronic social isolation in the juvenile period disrupts normal developmental states, abundant studies on post-weaning social isolation have enlightened the behavioral deficits and neurobiological underpinnings. However, the characterization of its imaging correlates is critically lacking. Therefore, in the first part of this study, we investigated changes in the functional connectivity associated with social behavioral deficits and the effect of re-socialization, the behavioral intervention of juvenile social isolation, on the brain network using a wide-field optical imaging method. Behaviorally, SI mice showed elevated anxiety, social preference, and aggression. RSFC analyses using the seed-based approach revealed decreased cortical functional connectivity in SI mice, especially in the frontal region. Graph network analyses demonstrated significant reduction in network segregation measures. After re-socialization, mice exhibited recovered anxiogenic and aggressive behavior, but RSFC data did not show significant changes. This suggests that disruptions in functional connectivity caused by social isolation remain as long-term sequelae.Acute social isolation in adulthood leads to an increase in affiliative behaviors such as social interaction, whereas chronic social isolation results in the heterogeneous consequences of anti-social behaviors. In the second part of this study, we examined closely the behavioral consequences of chronic social isolation in adulthood, especially social withdrawal behaviors, and characterized changes in the brain networks during social behaviors using the electrophysiological recordings. We found isolation-induced social withdrawal behaviors in the chronic adult SI model during direct interaction with the juvenile conspecifics. Furthermore, chronic SI mice were divided into two groups based on the level of withdrawal behaviors: susceptible (SUS) and resilient (RES) SI mice exhibited high and low social withdrawal behaviors, respectively. We found increased social interactions in RES mice and identified a network between the anterior insular cortex (AIC) and the medial prefrontal cortex (mPFC) associated with these behaviors. In addition, we identified a network between the AIC and the nucleus accumbens core (NAcc) associated with increased withdrawal behaviors in SUS mice. Furthermore, SUS mice exhibited disrupted sociability with the changes in the AIC-NAcc network. These results may not only facilitate an understanding of specific brain network for social behavioral changes in chronic individual housing in adulthood but may also uncover the important role of AIC in representing the susceptibility to negative social experiences.
사회적 고립은 사회적인 관계나 연결이 결핍되는 현상으로, 함께 모여 공동체를 이루고 수많은 상호작용을 하며 살아가는 모든 사회적 동물에게 정신 건강 뿐만 아니라 신체적 건강에도 부정적인 영향을 끼친다. 오늘날의 사회는 1인 가구의 급증과 COVID-19 팬데믹으로 인한 격리 생활의 지속과 같은 사회적인 문제를 직면함에 따라, 만성적인 사회적 고립이라는 문제 현상이 사람들에게 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 연구의 필요성이 강조되고 있다. 기존 연구 결과에 따르면, 만성적인 사회적 고립 현상은 이를 경험하는 시기에 따라 미치는 영향이 다르게 나타난다. 본 연구에서는 크게 아동기와 성인기, 두 시기의 만성적인 사회적 고립이 사회적 행동과 뇌 네트워크에 미치는 영향을 동물 모델을 통해 확인하고자 하였다.아동기의 만성적인 사회적 고립은 정상적인 발달단계를 저해하므로 이에 따른 행동적인 특성과 신경학적 증상에 대한 연구는 집중적으로 많이 수행되어 왔지만, 기능적 뇌 네트워크간의 연결성에 대한 연구는 많이 이루어지지 않고 있다. 특히 어린 시절의 사회적 고립이 뇌 전체에 미치는 영향을 고려해보면, 뇌 네트워크 관점에서 만성적 고립이 미치는 영향을 이해하는 것은 중요하다. 따라서 첫번째 연구 파트에서는 사회적 행동 결손과 관련한 뇌의 기능적 연결성의 변화가 일어나는지, 또한 이 시기의 만성적인 사회적 고립에 대한 행동적인 중재방법인 재사회화 (Re-socialization)에 대한 네트워크에의 효과를 광학적 이미징 방법을 통하여 밝혀내고자 했다. 뇌 신경 및 혈류 신호의 동시적인 관찰과 분석 결과, 뇌 기능적 연결성의 감소를 전두엽 영역을 비롯한 후두엽피질과 감각피질에서 확인하였다. 또한 그래프 분석을 통하여 혈류와 신경신호에서 모두 감소된 기능적 분리(Functional segregation)를 관찰하였다. 마지막으로 재사회화의 행동 완화는 확인하였으나, 기능적 연결성의 명확한 완화는 확인할 수 없었다.성인기의 사회적 고립 기간이 단기적일 경우 사회적 상호작용의 증가와 같은 친밀 행동이 증가하는 반면, 사회적 고립기간이 만성화가 될 경우엔 그에 대한 사회적 행동의 결과가 이질적임을 기존 연구를 통해 알 수 있다. 본 연구의 두번째 파트에서는 이러한 성인기의 만성적인 사회적 고립으로 인한 사회적 행동의 결과를 면밀히 살펴보고, 그 중에서도 사회적 위축 (Social withdrawal) 행동이라는 반사회적 행동의 특징과 그와 관련한 뇌 네트워크의 변화를 전기생리학적 방법을 통하여 밝혀냈다.
