Exploitation of workload or labor in groups is a distinctive characteristic of social animals, ranging from worker ants to humans. However, the neurobiology underlying behavioral strategies of individuals’ actions and credits in social settings involving workload imbalance is not well understood. Here we show that the anterior cingulate cortex (ACC) plays a necessary role in the expression of exploited behavior under social competition for resources. A stable ‘worker-parasite’ relationship developed when three individually operant-conditioned rats were placed together in a Skinner box equipped with response lever and food dispenser on opposite sides. Specifically, one rat, the ‘worker,’ engaged in lever-pressing while the other ‘parasitic’ rats profited by crowding the feeder in anticipation. c-Fos expression in the ACC was significantly higher in worker rats than in parasite rats. ACC inactivation suppressed the worker’s lever-press behavior under social, but not individual, settings. Moreover, GABA- and potassium channel-related mRNA expressions decreased in the worker’s ACC. These results suggest that the ACC integrates cost-benefit and social competition information to control effortful behavior. They further suggest putative molecular pathways, namely reduced expressions of GABA-related proteins and potassium channels, that enhance ACC’s neural activity so as to promote effortful behavior in a social dilemma setting.
본 연구는 노동과 이익분배가 불균등한 사회적 환경에서의 행동에 관여하는 뇌의 작용기제를 연구하였다. 노동, 이익, 불균등 조건을 갖춘 행동 패러다임을 위해 다음과 같은 행동 과제를 고안하였다. 먼저 스키너 상자의 한쪽 면에서 레버를 누르면 반대편에서 먹이가 주어지는 조건에서 백서들을 개별적으로 학습시킨다. 이후 잘 학습된 세 마리의 백서를 스키너 상자에 함께 넣어주면 대개 수일 내에 안정적인 ‘일꾼-기생충’ 관계가 형성된다. 즉 ‘일꾼’이 된 한 마리의 백서가 레버를 누르는 동안, 다른 두 마리의 ‘기생충’ 백서는 먹이통 근처에서 대기하다가 ‘일꾼’보다 먼저 먹이를 취하는 행동을 보인다. 안정적인 ‘일꾼-기생충’ 관계가 형성된 후 면역조직화학염색법으로 전측대상피질의 c-Fos의 발현 정도를 비교했을 때, ‘기생충’ 백서보다 ‘일꾼’ 백서에서 c-Fos의 발현이 유의하게 높게 나타났다. 또한 GABA 수용체 효현제를 사용해 전측대상피질을 비활성화시켰을 때 ‘일꾼’ 백서의 레버 누르기 행동이 사회적 환경에서 크게 억제된 반면, 혼자만 있는 비사회적 환경에서는 별 효과가 없었다. 한편 mRNA 발현 양상을 비교하였을 때, GABAA 수용체 및 칼륨 채널 관련 mRNA 발현은 ‘일꾼’ 백서의 전측대상피질에서 더 낮게 나타났다. 종합적으로 이러한 발견은 전측대상피질의 상대적 활성화 정도에 따라 노동과 이익분배가 불균등한 사회적 환경에서의 행동선택이 결정되며, 이는 GABAA 수용체/칼륨 채널 단백질을 포함하는 분자 경로에 의해 매개될 수 있음을 보여준다.
