batspas

Category:

За планирование траектории полёта у летучих мышей отвечают нейроны места

Подъезжая к загруженному перекрёстку, водитель, вероятно, будет больше думать о том, где он должен оказаться, а не где он находится на текущий момент. Эта способность важнее, чем знания о своём текущем расположении. С её помощью водитель рассчитывает, когда приедет к месту назначения и нужно ли остановиться или притормозить, чтобы избежать столкновения с проезжающим автомобилем, пешеходом или велосипедистом.

Как предположили американские исследователи, способность мозга сосредоточиться на том, где человек окажется в ближайшее время, может быть ключевым элементом встроенной навигационной системы млекопитающих.

На фото: Египетская летучая собака или нильский крылан (Rousettus aegyptiacus)
На фото: Египетская летучая собака или нильский крылан (Rousettus aegyptiacus)

Нейробиологи из Калифорнийского университета в Беркли (США) по беспроводной связи отслеживали мозговую активность нильских крыланов, пока те летали по специальной лётной комнате. Когда исследователи сравнили траектории полёта летучих мышей с их нейронной активностью, они обнаружили, что активность нейронов места — особого типа нейронов, ответственных за кодирование пространственного расположения животного, — теснее коррелировали с будущим местоположением мыши, а не с тем, где она находилась на данный момент.

«Мы хотели выяснить, действительно ли активность нейронов лучше отображает информацию или о прошлом или будущем местоположении животного, чем о текущем местоположении. И мы обнаружили, что для некоторых групп нейронов это действительно так, — сказал ведущий автор исследования Николас Дотсон, проводивший исследование будучи аспирантом в Калифорнийском университете в Беркли. — Исследование показало: нейроны места в гиппокамповой формации выполняют больше функций, чем отображение текущего положения мыши в пространстве — они выстраивают траекторию полёта».

«Если бы у вас был доступ к данным о нейронной активности в моём гиппокампе, пока я ходил по комнате, проанализировав её, вы могли бы расшифровать, в каких частях комнаты я находился», — сказал Дотсон. Нейроны места, расположенные в гиппокамповой формации, образуют своеобразную GPS-систему. Они присутствуют у всех наземных млекопитающих, включая человека. Когда животное исследует новую территорию, нейроны места активируются в разных частях гиппокампа и образуют внутреннюю карту территории, которую мозг сможет запомнить и сохранить.

Открытие нейронов места в 2014 году было удостоено Нобелевской премии по физиологии и медицине. В 1970—1980 годах исследователи провели множество экспериментов с гиппокампом, но всё ещё не ясно, как работает эта область мозга во время быстрого передвижения и формирования представления о незнакомых местах.

«Поскольку гиппокамп участвует в навигации, было проведено несколько исследований, посвященных шифрованию информации в этой области мозга. Кроме того, возник вопрос: как нейронная активность отражает события, которые должны произойти в будущем или уже произошли? И может ли эта область мозга проявлять активность, отражающую не текущее, а будущее местоположение животного», — сказал старший автор исследования Михаил Ярцев, доцент нейробиологии и биоинженерии в Калифорнийском университете в Беркли.

По словам Ярцева, предыдущие эксперименты не смогли окончательно ответить на этот вопрос. Вероятно, это связано с тем, что в исследованиях участвовали медлительные животные, например, крысы. В экспериментальных вольерах они перемещаются со скоростью всего 2—5 сантиметров в секунду. При перемещении животного на такое расстояние в активности нейронов не наблюдается существенных изменений.

Летучие мыши же в ходе полёта развивают скорости намного выше крысиных.

«Летучие мыши намного, намного быстрее! Они летают со скоростью около 30—50 километров в час в лабораторных условиях. Это огромное преимущество перед крысами. Крыса может передвигаться всего на несколько сантиметров в секунду, тогда как мышь — на несколько метров», — сказал Ярцев.

В ходе эксперимента Ярцев и Дотсон использовали беспроводные нейронные записывающие устройства, отслеживающие нейронную активность мышей во время свободного полёта. Мыши летали в специальной комнате, оборудованной камерами. Камеры записывали точную траекторию полёта мышей. В одной серии экспериментов разные части комнаты оборудовали кормушками, чтобы стимулировать мышей изучать всё пространство в помещении. В другом помещении мышей за исследования комнаты поощряли люди.

Когда Ярцев и Дотсон сравнили время активности нейронов с траекториями полёта летучих мышей, они обнаружили, что при перемещении позиций летучих мышей вперед во времени — путем сравнения нейронной активности с местами, где летучие мыши будут находиться через несколько сотен миллисекунд или через секунду — внезапно нейронная активность намного сильнее коррелировала с пространственным положением.

«Основываясь на полученных данных, можно предположить, что некоторые нейроны вообще не кодируют пространственную информацию, поскольку не было обнаружено корреляций с исходной позицией или позицией в настоящее время, — сказал Ярцев. — Но если сравнить активность с позицией на секунду позже, внезапно корреляция станет ярко выраженной».

Исследователи предположили, что активность нейронов места отражает не просто одно текущее положение, а фактически траекторию, простирающуюся в ближайшее будущее и прошлое. «Мы можем представить, как идём по коридору и где мы только что были или скоро будем. Как выглядит эта активность в мозге? — Сказал Дотсон. — Наши открытия предполагают, что во время полёта мыши представляют в своём сознании не только то, где они находятся, но и где они будут находиться».

Хотя клетки места и основные компоненты этой навигационной системы присутствуют у самых разных млекопитающих, пока не ясно, является ли эта способность проецировать путь на секунду в будущее уникальной для летучих мышей, или она присуща более широкому кругу животных. Однако, как сказал Ярцев, это открытие создаёт множество интересных вопросов о том, как люди обрабатывают информацию о перемещении в пространстве.

Гиппокамп является очагом многих заболеваний, например, болезни Альцгеймера, при которой происходит нарушение памяти и навигации в пространстве. Тщательное изучение нейронных вычислений в этой области мозга даст учёным лучшее понимание нарушений, связанных с болезнью, и поможет им разработать более эффективные методы лечения.

«Наземным животным, возможно, нет необходимости представлять своё положение так далеко в будущем, как летучим мышам. Но даже для людей всё может зависеть от ситуации. Во время пеших прогулок люди, вероятно, чувствуют себя в большей безопасности. Но когда человек за рулём, необходимо знать, что произойдёт в трёх или более метрах от вас, потому что машина двигается с большей скоростью, — сказал Ярцев. — Теперь, когда мы знаем, что у летучих мышей существуют некоторые нейронные представления о своей позиции в будущем, появляются новые вопросы: есть ли общие черты в навигационной системе мышей и других животных, и каким образом эта способность проявляется у людей».

***

Источник — A peek inside a flying bat’s brain uncovers clues to mammalian navigation

Перевод подготовили Екатерина Хананова, Антон Меньшенин и Марлен Тальберг.

Error

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded 

When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.