Когда мы идем по улице, у нас есть внутреннее ощущение того, в какую сторону мы движемся, благодаря уличным сигналам и физическим ориентирам, а также ощущение того, куда бы мы хотели пойти. Но как мозг координирует эти направления, выполняя мысленную математику, которая подсказывает нам, в какую сторону повернуть? Новое исследование описывает такой нейронный процесс у плодовых мушек, давая представление о том, как мозг животного направляет его в нужную сторону. Исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает, как нейроны, сигнализирующие о направлении, в котором муха ориентирована в данный момент, работают вместе с нейронами, сигнализирующими о направлении, в котором муха хочет быть ориентирована — ее целевом направлении — и образуют цепь, которая направляет животное.
Навигационные целиКлетки, отвечающие за подачу сигналов о том, в какую сторону муха ориентируется в мире (так называемые «компасные» нейроны), были впервые обнаружены в 2015 году. Несколько лет спустя работа лаборатории Маймона и других ученых показала, что мухи с дефектными компасными нейронами не могут ориентироваться по прямой линии вдоль произвольного направления. Основываясь на этом открытии, Питер Мусселлс Пирес, студент из лаборатории Меймона и ведущий автор данной работы, задался целью обнаружить клетки, ответственные за отслеживание угла наклона цели мухи. Пирес и его коллеги использовали двухфотонную микроскопию для наблюдения за нейронами мух, пока насекомые ходили по шару, приводимому в движение воздухом, в виртуальной среде. Когда исследователи вращали виртуальную среду, активность нейронов компаса мухи также менялась в мозге. Интересно, однако, что популяция клеток, идентифицированных как нейроны FC2, оставалась неподвижной и фокусировалась на первоначальном направлении.
Чтобы подтвердить роль нейронов FC2 в отслеживании цели, команда использовала оптогенетику — технику, которая использует свет для управления активностью нейронов. Манипулируя активностью клеток FC2, исследователи смогли предсказуемо изменить направление навигации мухи. «Именно этот эксперимент убедил нас в том, что эти клетки действительно могут определять цель мухи», — говорит Пирес. Ментальная математикаОпределив нейроны направления и нейроны цели, команда переключила свое внимание на мозговую цепь, отвечающую за объединение этих двух сигналов. Недавняя работа по изучению коннектома мозга мухи — карты с подробным описанием связей между различными нейронами — помогла исследователям найти эту цепь. Из коннектома стало ясно, что набор клеток, называемых PFL3, получает входные сигналы как от компаса, так и от нейронов цели. Серия экспериментов подтвердила, что нейроны PFL3 указывают телу мухи, в какую сторону поворачивать, воздействуя на двигательную систему мозга. Они делают это, сравнивая внутренние сигналы о направлении и цели, функционируя как рулевое колесо в навигационной системе мухи. Ларри Эбботт, теоретик из Колумбийского университета, сотрудничал с командой, чтобы разработать математическое понимание этой системы. Модель Эббота отражала, как сигналы компаса и цели, представленные в мировых или картографических координатах (например, север/восток/юг/запад), преобразуются в двигательные сигналы в системе координат тела, то есть в повороты налево и направо. Дополнительные результаты по нейронам PFL, тесно связанные с настоящим исследованием, подробно описаны в параллельной статье в Nature. Будущая работа лаборатории Маймона будет направлена на изучение того, как мухи строят и хранят более долгосрочные пространственные воспоминания и цели для управления поведением; сигнал цели, охарактеризованный в данном исследовании, лишь объясняет, что мухи будут делать в ближайшие несколько секунд. Маймону также интересно узнать, могут ли эти новые открытия послужить катализатором для обнаружения аналогичных мозговых цепей у млекопитающих и, в конечном счете, у человека.
08.02.2024 |
Биосфера
Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне | |
Наше тело состоит из триллионов различных... |
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному | |
Исследователь из Мельбурнского университе... |
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали | |
Болтливые белки, очаровательные нутрии и ... |
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад | |
По мнению исследовательской группы под ру... |
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет | |
Микросателлиты — ценный инструмент ... |
Current Biology: У бенгальских кошек в ДНК лишь несколько процентов от леопарда | |
Если вы задаетесь вопросом, кому принадле... |
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах | |
Тропические бабочки Heliconius хорошо известны... |
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи | |
Более 90% коммерчески доступных каротиноидов п... |
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком | |
Некоторые цецилии выкармливают своих детенышей... |
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды | |
В новом исследовании неврологи показали, как&n... |
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки | |
Бурые медведи, добывающие пищу на полуост... |
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов | |
Если бы мы могли встать на мест... |
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции | |
Самый обширный анализ такого рода показывает, ... |
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству | |
Размножение гигантских морских пауков в А... |
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике | |
Имиджеомика, новая область науки, за посл... |
Palaeontology: Древнейшая ископаемая рептилия из Альп оказалась подделкой | |
Окаменелость возрастом 280 млн лет, котор... |
Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак | |
Крошечный корень растения толщиной не бол... |
Nature: Как плодовые мушки управляют навигационной системой мозга | |
Когда мы идем по улице, у нас&n... |
Переселенные овсянки со временем разучивают все песни, необходимые для выживания | |
Птенцы певчих птиц, переселенные в рамках... |
Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый | |
Козы могут отличить счастливого человека от&nb... |
Маленькие-то какие хорошенькие! Ученые впервые увидели новорожденную белую акулу | |
Вы удивитесь, но большие белые акулы, сов... |
Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса | |
Всем живым существам необходим сон. Когда люди... |
Scientific Reports: Перья у динозавров могли появиться как средство запугивания | |
Небольшие всеядные и насекомоядные диноза... |
СПбГУ: Вот почему сальмонелла по-разному заражает животных, насекомых и растения | |
Ученые СПбГУ с коллегами провели исследов... |
FEM: Ученые предлагают сушить живые деревья ради сохранения биоразнообразия | |
Экологам давно известно, что мертвые дере... |
EEH: Ученые призвали не игнорировать влияние кожного микробиома на здоровье | |
Эпидермальные микроорганизмы, жизненно важные ... |
Royal Society Open Science: Ученые выяснили, как акулы-молотилки лупят хвостом | |
Подобно Индиане Джонсу с его хлыстом... |
Current Biology: Одомашнивание растений влияет на их микробиом | |
Новое исследование, проведенное под руков... |
Journal of the Geological Society: В окаменелостях нашли ключевые следы эволюции | |
Исследование, проведенное под руководство... |
Current Biology: Созданы дрожжи, питающиеся светом | |
Возможно, вы знаете дрожжи как орган... |