Нейроны летучих собак умеют представлять будущее расположение животного11.07.2021 11:01

Нейробиологи из Калифорнийского университета в Беркли (США) изучили нейронную активность нильских крыланов, записанную во время полётов по лаборатории. Они выяснили, что нейроны места, обычно отвечающие за кодирование информации о текущем расположении, умеют представлять будущее расположение крылана. Благодаря этому мозг выстраивает траектории движения быстрее, чем наземные животные.

Для ориентации в пространстве мозг млекопитающих использует несколько групп нейронов, например, нейроны места, расположенные в гиппокампе. Они ответственны за кодирование текущего пространственного расположения животного и его сородичей. Нейроны определяют расположение учитывая весь комплекс данных: визуальную, аудиальную и обонятельную информацию, поступающую от органов чувств. Отсутствие любого из этих элементов может привести к частичной или полной дезориентации животного.

Американские нейробиологи из Калифорнийского университета в Беркли решили тщательно изучить нейронную активность мозга нильского крылана (Rousettus aegyptiacus) во время полётов по специальному помещению в лаборатории. В частности, авторы поставили целью установить группы нейронов, ответственные за навигацию и планирование траекторий, и определить роль нейронов места в координации полёта.

Для эксперимента авторы подготовили отдельное помещение, оснастив его беспроводными нейронными записывающими устройствами, камерами и кормушками. В ходе исследования авторы стимулировали летучих мышей летать по комнате, приманивая их лакомствами самостоятельно или при помощи специальных кормушек. Камеры записывали точную траекторию полёта крыланов. Нейронные записывающие устройства фиксировали все изменения в мозгу животных до и во время полётов. 

Исследователи соотнесли данные о траекториях крыланов с их нейронной активностью и обнаружили, что нейроны места чаще кодируют информацию о будущем положении, чем о текущем. Нейроны представляли, где будет крылан через секунду, благодаря чему животное могло выстраивать траектории для полёта. То есть мозг крылана в полёте думал не о том, где он находится на данный момент, а о том, где будет через одну или несколько секунд. Учитывая скорость полёта животного (40—50 км/час), речь идёт о перемещениях на несколько метров в секунду. 

Неизвестно, могут ли нейроны места других млекопитающих также предсказывать будущее расположение животных, или это отличительная особенность нильских крыланов и других летучих собак. Предыдущие исследования нейронов места мышей не показали подобной активности, но авторы связывают это со скоростью передвижения животных. Они предполагают, что чем выше скорость передвижения, тем сильнее будет выражена функция нейронов места. Например, во время ходьбы человеку нет необходимости представлять, где он будет через секунду. Но ситуация меняется, когда он управляет автомобилем на высокой скорости. Чтобы избежать столкновений, мозгу важнее знать, где окажется автомобиль в ближайшем будущем, а не где он находится прямо сейчас. 

Исследователи отметили, что информация, полученная в ходе исследования, поможет пересмотреть функции нейронов гиппокампа у человека. С гиппокампом связано множество нейродегенеративных заболеваний, например, болезнь Альцгеймера. Люди с этой болезнью страдают от нарушений памяти и навигации в пространстве. По словам учёных, тщательное изучение нейронных вычислений в этой области мозга поможет разработать более эффективные методы лечения и диагностики нейродегенеративных заболеваний. 

Материалы исследования опубликованы в статье «Nonlocal spatiotemporal representation in the hippocampus of freely flying bats» в журнале Science DOI: 10.1126/science.abg1278.