Содержание
Биологи: мозг мух обладает встроенным компасом — Газета.Ru
Биологи: мозг мух обладает встроенным компасом — Газета.Ru | Новости
Минобороны сообщило о ликвидации систем военного управления и объектов энергетики…
15:27
Лолита заявила, что у Кати Лель могли быть «галлюцинации» об…
15:26
В Чите умер мужчина, который шесть часов ожидал транспортировки в коридоре…
15:25
Источник ТАСС: за словами Макрона о гарантиях безопасности для РФ ничего не…
15:24
The Sun: Карл III и Камилла не позвали Меган Маркл и принца Гарри на рождественскую…
15:24
Тарасова — о пропуске Колядой чемпионата России: у нас что, больше некому…
15:23
Oro: в Московском регионе отменили 23% потенциальных сделок с недвижимостью
15:20
Лавров провел переговоры с главой МИД Египта
15:19
Военком Подмосковья опроверг сообщения об увеличении срока срочной службы
15:17
Sky News: премьер Британии Сунак отказался от плана по закупке электроэнергии.
..
15:11
Наука
Ученые обнаружили, что в головном мозге мух расположена группа специальных нейронов, которые отвечают за ориентацию насекомого в пространстве. Статья, посвященная работе исследователей, была опубликована в журнале Nature.
Мозг многих животных обладает так называемым внутренним компасом — группами нейронов, которые позволяют животному мигрировать, искать пищу, исследовать новые территории и ориентироваться в пространстве. Однако ранее ученые не знали, каким образом насекомые воспринимают информацию об окружающей среде и осуществляют передвижение в ней.
Американские ученые выяснили, что мозг мух-дрозофил, так же как мозг более сложно устроенных живых существ, имеет встроенный компас, помогающий насекомым ориентироваться на местности. В ходе экспериментов исследователи помещали насекомых в пространство виртуальной реальности и фиксировали работу их мозга.
Результаты работы показали, что в эллипсоидном отделе головного мозга мух находятся нейроны, которые обрабатывают визуальную информацию об окружающем пространстве и приводят телодвижения насекомых в соответствие с этой информацией.
Исследователи полагают, что их открытие сможет оказать ученым существенную помощь в изучении аналогичных нейронных механизмов у млекопитающих, так как по сравнению с ними мухи-дрозофилы устроены гораздо проще, а значит, их мозг более доступен для исследований.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Картина дня
Военная операция РФ на Украине. День 297-й
Онлайн-трансляция специальной военной операции на Украине — 297-й день
«Люди по пояс в снегу». Погода в Москве может побить рекорд 1941 года
Вильфанд спрогнозировал рекордно высокие сугробы в Москве к 19 декабря
«Не верю, что это приносит плоды».
Зеленский рассказал, что его призывают начать переговоры
Президент Украины Зеленский рассказал о призывах сесть за стол переговоров с Россией
Военком Подмосковья Астахов опроверг сообщения об увеличении срока срочной службы
ТАСС: Россия не будет возвращаться к прежним инициативам по гарантиям безопасности
Объявленную по всей территории Украины воздушную тревогу отменили
США открыли умершему 55 лет назад «отцу атомной бомбы» Оппенгеймеру доступ к секретным данным
Новости и материалы
В Молдавии намерены переименовать госязык в Конституции в румынский
Вдова Пьера Нарцисса хочет представить Россию на «Евровидении»
Минобороны сообщило о ликвидации систем военного управления и объектов энергетики Украины
Лолита заявила, что у Кати Лель могли быть «галлюцинации» об инопланетянах
В Чите умер мужчина, который шесть часов ожидал транспортировки в коридоре больницы
Источник ТАСС: за словами Макрона о гарантиях безопасности для РФ ничего не стоит
The Sun: Карл III и Камилла не позвали Меган Маркл и принца Гарри на рождественскую вечеринку
Тарасова — о пропуске Колядой чемпионата России: у нас что, больше некому кататься?
Oro: в Московском регионе отменили 23% потенциальных сделок с недвижимостью
Лавров провел переговоры с главой МИД Египта
Sky News: премьер Британии Сунак отказался от плана по закупке электроэнергии за рубежом
Крупнейший в мире производитель iPhone разорвал связи с Китаем
В Казани при пожаре в общежитии колледжа погиб 19-летний студент
Дембеле заявил, что не боится эпидемии в сборной Франции перед финалом ЧМ-2022
«Она была в ударе»: Брэд Питт рассказал о поцелуе с Марго Робби
Источник ТАСС: какой-либо диалог России с НАТО пока исключен
Биологи выяснили, что комары могут переносить на своих лапках болезнетворных бактерий
Шеф полиции Польши заявил, что украинцы подарили ему боевые гранатометы
Все новости
«Когда я переставлял гранатометы, которые подарили украинцы, произошел взрыв»
Zet: взорвавшийся в штабе полиции Польши гранатомет ввезли с Украины без погранконтроля
«90% компаний не могут с нами работать».
Глава предприятия — о ситуации с чипами в России
Глава «Элодики» Кириллов рассказал о качестве российских микросхем
Тест: по чьей книге сняли этот советский мультфильм
Назовите автора произведения по кадру из мультфильма
«Послушный ребенок — это страшно»: почему дети не должны быть «удобными»
Отрывок из книги Максима Батурина «45 татуировок родителя. Мои правила воспитания»
От певцов до министров: кто попал в новые санкционные списки ЕС
Григорий Лепс, Никита Михалков и Борис Корчевников оказались под персональными санкциями ЕС
«Обмен Грайнер — трагедия».
Почему в США считают, что Байден допустил «историческую ошибку»
Foreign Policy назвала обмен Грайнер на Бута «просчетом» Байдена и «победой» Путина
«Мисс Вселенная» и подруга Хрюши. Как сейчас выглядит Оксана Федорова
«Украинцы вправе решать, где проводить операции». Что в США думают об ударах по Крыму
В Белом доме признали право Киева проводить военные операции в Крыму
«Контузия и потеря крови». Что известно о покушении на главу Русского дома в Банги
Глава Русского дома в ЦАР Дмитрий Сытый ранен после взрыва анонимной посылки
«Звуки были очень страшные». Что известно о падении неопознанного объекта под Волгоградом
В Волгоградской области упали обломки неизвестного летающего объекта
«Бардо»: ложная хроника горстки истин в самом личном фильме Алехандро Иньярриту
Рецензия на новую картину Алехандро Гонсалеса Иньярриту «Бардо»
ЕС утвердил девятый пакет санкций против России. Что в него вошло
Евросоюз объявил о введении новых санкций в отношении РФ
Из Аризоны в Польшу, затем в Одессу. Эксперты отследили происхождение бивших по Крыму дронов
Киев использовал для атак Крыма американские беспилотники компании SpektreWorks
Дмитрий Воденников
Золотая труба неудачи
О тяжелой судьбе вундеркиндов
Мария Дегтерева
Баттл проигран
О том, почему русский рок мертв, а русский рэп — нет
Анастасия Миронова
Куда сбежать от пьяных мамы с папой?
О возможном всплеске числа беспризорников при сворачивании детдомов
Георгий Малинецкий
Праздник, который стоит восстановить
О чувстве собственного достоинства и борьбе с начальством
Юлия Меламед
Не бомжую, а курьерю
О том, как справиться с тревогой в нестабильные времена
—>
Читайте также
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
Ненаследуемые особенности строения мозга определили поведение дрозофил
Индивидуальность в поведении мух не зависит от генетических особенностей.
Отличия обусловлены межполушарной асимметрией проекций нейронов, связи которых распределяются случайным образом в процессе созревания клеток. Статья опубликована в журнале Science.
Нет двух одинаковых организмов, даже если они генетически идентичны, ведь на развитие всегда влияет множество стохастических факторов. Естественно, индивидуальная изменчивость касается и мозга, различается его вес, размер, анатомические особенности и даже морфология отдельных нейронов. Индивидуально и врожденное поведение, однако не ясно, что именно лежит в основе этой изменчивости: способность нейронных сетей функционировать пластично или же случайные различия в их анатомии, которые возникают в процессе развития организма.
Изучать особенности мозга отдельной особи на клеточном уровне удобно на беспозвоночных, ведь у них легко наблюдать за отдельными нейронами. Один из популярных модельный объектов у биологов — мухи Drosophila — подходит и для исследования корреляций особенностей анатомии нервной системы с поведением.
Мозг этих насекомых содержит всего 100 тысяч нейронов и хорошо изучен.
В области мозга дрозофил, которая отвечает за обработку зрительной информации, есть скопление нервных клеток (дорсальный кластер), проекции которых значительно вариабельны между особями и даже между двумя полушариями одной и той же мухи. Аксоны этих нейронов идут в один из двух отделов зрительной системы: медуллу или лобулу. То, куда именно направит свою проекцию каждый отдельно взятый нейрон, обусловлено случайными событиями в процессе его развития.
Группа ученых из Бельгии, Германии и Франции под руководством Герита Линневебера (Gerit Linneweber) из Университета Сорбонна исследовала связь между индивидуальными особенностями связей в мозге дрозофил и поведением. Для этого использовали парадигму Буридана, которая позволяет определить реакцию насекомых на зрительные стимулы. Мух помещали на белое равномерно освещенное поле; на стенках арены напротив друг друга были расположены две вертикальные черные полосы.
Насекомые не могли дойти до этих полос, и перемещались между ними. В таких условиях мухи обычно ходят вперед и назад от одного контрастного объекта к другому, но некоторые дрозофилы обследуют всю арену равномерно. Таким образом, поведение насекомых в этой парадигме очень индивидуально. Для того, чтобы оценить это количественно, авторы работы использовали среднее отклонение траектории мух от прямой линии между двумя полосками.
Чтобы проверить, зависит ли поведение дрозофил в этой парадигме от наследственности, ученые сравнили особей из 10 разных линий, внутри которых геном мух практически не отличается. Затем исследователи скрестили пару дрозофил, которые перемещались по самой широкой траектории, и насекомых, отклонение которых от центральной линии было минимально, и сравнили реакции их потомков. Ученые также проверили, меняется ли поведение дрозофил со временем, для чего их тестировали каждый день в течение четырех недель.
Индивидуальные особенности поведения мух не зависели от генетической линии и не наследовались, зато были устойчивы в течение месяца наблюдений.
У 103 мух исследовали нейроны дорсального кластера и определили, куда уходят аксоны каждого из них. Всего в этой области насчитали от 22 до 68 нейронов, и 11-55 из них направляли свои аксоны в лобулу, а 6-23 — в медуллу. Кроме того, существует межполушарная ассиметрия проекций этих клеток у каждого из насекомых.
Когда дорсальный кластер инактивировали, отклонение траектории дрозофил от линии, которая соединяла вертикальные полосы, увеличивалось. Если эта область мозга работала нормально, ученые наблюдали корреляцию между поведением насекомых и межполушарной ассиметрией: особи, у которых число нейронов, аксоны которых идут в медуллу, было близким для двух половин мозга, перемещались по всему полю. А дрозофилы с ассиметричными проекциями отклонялись от центральной линии значительно меньше. При ингибировании дорсального кластера поведение насекомых не зависело от степени межполушарной ассиметрии.
Функциональные связи нейронов лежат в основе работы мозга, поэтому их изучение необходимо для понимания связи морфологии с поведением.
В 2016 году ученые из Японии смоделировали полный коннектом (карту связей) дрозофилы, а годом позже машинное обучение помогло создать функциональный атлас мозга этих насекомых.
Алиса Бахарева
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
плодовых мушек и комаров «умнее», чем подозревает большинство людей, говорят ученые, которые подсчитали клетки мозга жуков и три вида комаров, раскрывая число, которое удивило бы многих людей за пределами научного мира.
Крошечный мозг насекомых в среднем содержит около 200 000 нейронов и других клеток. Для сравнения, в человеческом мозгу 86 миллиардов нейронов, а в мозгу грызунов — около 12 миллиардов. Цифра, вероятно, представляет собой «минимум» числа, необходимого для выполнения сложного поведения жуков.
«Несмотря на то, что этот мозг прост [в отличие от мозга млекопитающих], он может выполнять большую обработку, даже больше, чем суперкомпьютер», — говорит Кристофер Поттер, доктор философии, доцент нейробиологии в Университете Джона Хопкинса.
Школа медицины. «Они позволяют насекомым ориентироваться, находить пищу и одновременно выполнять другие сложные задачи, и наше исследование предлагает один ответ на вопрос, сколько клеток мозга объединяется для осуществления такого поведения», — добавляет Поттер.
Итоги исследования подведены 14 мая в PLOS ONE .
Те, кто изучает поведение насекомых и работу мозга, уже давно подозревали, что эти насекомые должны иметь сотни тысяч клеток мозга, говорит Поттер, но когда он и его коллега Джошуа Раджи, доктор философии, проанализировали цепочку научных работ, в которых упоминалось количество , доказательств этому не нашли.
В ответ они сообщают, что решили найти доказательства, используя относительно простой метод подсчета, называемый изотропным фракционированием, метод, знакомый патологам, когда они подсчитывают количество клеток любого типа в ткани.
Сначала Раджи использовал пластиковый пестик, чтобы разрушить всю мозговую ткань отдельных насекомых.
Затем он использовал пипетку, чтобы разделить ткань и равномерно распределить клетки через буферный раствор.
Зная точный общий объем раствора, они могли затем подсчитать клетки в небольшой части раствора и масштабировать его, чтобы учесть и оценить общее количество клеток во всем растворе.
Для подсчета небольшое количество раствора было нанесено на предметное стекло микроскопа и помещено поверх небольшой сетки. С кропотливой точностью Раджи подсчитывал клетки на каждом предметном стекле одну за другой.
Исследователи пришли к выводу, что общая сумма клеток мозга составляет 199 380 плюс-минус 3400 для плодовой мушки Drosophila melanogaster . Для трех видов комаров исследователи обнаружили 217 910 плюс-минус 6 180 в Aedes aegypti ; 223 020 плюс-минус 4 650 в Anopheles coluzzii ; и 225 911 плюс-минус 7 220 в Culex quinquefasciatus.
Раджи и Поттер обнаружили, что клетки мозга каждого вида содержат в основном нейроны — около 90%.
Остальные, скорее всего, являются вспомогательными клетками, называемыми глией, говорят они.
Поттер говорит, что исследователи определили количество клеток мозга только у нескольких видов насекомых, включая ос и муравьев. «Было бы интересно применить этот подход к общественным насекомым, таким как пчелы, и посмотреть, есть ли различия между королевами и трутнями», — говорит он.
Поттер также отмечает, что методика подсчета проста, и ее может использовать большинство исследователей, и это возможность для любого исследователя выполнить подсчет и опубликовать результаты в научной литературе.
Раджи отметил, что он выполнял большую часть работы по исследованию в качестве побочного проекта в то время, когда ограничения COVID-19 останавливали его основные исследовательские проекты.
Самой сложной частью метода, по словам Поттера, было микродиссекция мозга размером меньше кончика карандаша. «Требуется очень твердая рука и много практики», — говорит он.
Эта работа была поддержана грантами Министерства обороны (W81XWH-17-PRMRP), Национальных институтов здравоохранения (NIAID R01Al137078) и постдокторской стипендией Исследовательского института малярии Джона Хопкинса.
Университет Рокфеллера » Как мозг мухи вычисляет свое положение в космосе
15 декабря 2021 г.
ссылка скопирована в буфер обмена
Мозги мух способны выполнять векторные вычисления для расчета направления движения. (Мейшел Десуто)
Навигация не всегда идет по плану — урок, который мухи усваивают на собственном горьком опыте, когда сильный встречный ветер отбрасывает их назад вопреки взмахам крыльев вперед. Рыбы, плывущие вверх по течению, крабы, бегущие боком, и даже люди, висящие слева и смотрящие направо, сталкиваются с аналогичными проблемами. Как мозг вычисляет направление движения животного, когда голова направлена в одну сторону, а тело движется в другую — загадка для нейронауки.
Новое исследование значительно продвинулось в решении этой загадки, сообщив, что мозг мухи имеет набор нейронов , которые сигнализируют направление, в котором движется тело, независимо от направления, в котором указывает голова.
Выводы, опубликованные в Nature , также подробно описывают, как мозг мухи вычисляет этот сигнал на основе более простых сенсорных данных.
«Эти нейроны не только сигнализируют направление движения мухи, но и делают это в мироцентричной системе отсчета», — говорит нейробиолог из Рокфеллера Гэби Маймон. Что примечательно, добавляет первый автор Ченг Лю, аспирант лаборатории Маймон, так это то, что эти насекомые преобразуют сенсорные входные данные, связанные с телом, в сигнал, относящийся к миру, позволяя мухе знать, что она, например, путешествует 9.0 градусов вправо от солнца или на север.
Поиск своего места
Даже когда мы закрываем глаза, мы обычно хорошо понимаем, где находимся в комнате и в какую сторону смотрим. Это потому, что даже в темноте наш мозг формирует внутреннее понимание того, где мы находимся в пространстве. В 1980-х годах ученые обнаружили, что группа клеток, называемых клетками направления головы, играет ключевую роль в том, чтобы сообщить нам нашу угловую ориентацию, а позже было обнаружено, что у мух есть клетки с аналогичной функцией.
Активность клеток указывает на угол, на который указывает голова, подобно тому, как стрелка компаса указывает ориентацию человека в окружающей среде.
Все хорошо, пока мы идем — или летят мухи — в том же направлении, куда смотрит голова. Ячейки направления головы можно использовать для обновления внутреннего ощущения того, куда человек движется. Но если мы идем на север, глядя на восток, или если муха пытается лететь вперед, а ветер толкает ее назад, клетки направления головы указывают в неправильном направлении. Тем не менее, система все еще работает. Мухи относительно невозмутимы унижениями ветров, а люди не теряются, когда поворачиваются, чтобы полюбоваться пейзажем. Люу и Маймон задавались вопросом, как мухи узнают, куда они летят, даже если их клетки управления головой, казалось бы, передают неточную информацию.
Чтобы ответить на этот вопрос, Люу приклеил плодовых мушек к миниатюрным жгутам, которые удерживают на месте только головы насекомых, что позволило ему записывать активность мозга, в то время как мухи могли свободно махать крыльями и управлять своими телами в виртуальной среде.
Установка содержала несколько визуальных сигналов, в том числе яркий свет, представляющий солнце, и поле более тусклых точек, которые можно было отрегулировать так, чтобы муха чувствовала, что ее отбрасывает назад или в сторону.
Как и ожидалось, ячейки направления головы постоянно указывали ориентацию мухи на солнце, имитируемую ярким светом, независимо от движения более тусклых точек. Кроме того, исследователи определили новый набор клеток, которые указывали, в каком направлении путешествовали мухи, а не только в том направлении, куда указывала их голова. Например, если мухи были ориентированы прямо на солнце на востоке, а их отбрасывало назад, эти клетки указывали, что мухи (фактически) путешествовали на запад. «Это первый известный набор клеток, указывающий, в каком направлении движется животное в мироцентричной системе отсчета», — говорит Маймон.
Математика в уме
Но команда также задалась вопросом, как мозг мухи вычисляет направление движения животного на клеточном уровне.
Сотрудничая с Ларри Эбботтом, теоретиком из Института Цукермана Колумбийского университета, Люу и Маймон смогли продемонстрировать, что мозг мухи участвует в своего рода математическом упражнении.
Студент-физик, строя траекторию движения объекта, разбивает траекторию на компоненты движения, отложенные по осям x и y. Точно так же в мозгу мухи четыре класса нейронов, чувствительных к визуальному движению, указывают направление движения мухи как компоненты по четырем осям. Каждый класс нейронов можно рассматривать как представление математического вектора. Угол вектора указывает в направлении связанной с ним оси. Длина вектора показывает, насколько быстро муха движется в этом направлении. «Удивительно, но нейронная цепь в мозгу мухи поворачивает эти четыре вектора так, чтобы они правильно выровнялись по углу наклона солнца, а затем суммирует их», — говорит Маймон. «Результатом является выходной вектор, указывающий в направлении, в котором летит муха, относительно солнца».
Векторная математика — это больше, чем просто аналогия для выполняемых вычислений.
Скорее мозг мухи буквально выполняет векторные операции. В этой схеме популяции нейронов явно представляют векторы как волны активности, где положение волны представляет собой угол вектора, а высота волны представляет ее длину. Исследователи даже проверили эту идею, точно манипулируя длиной четырех входных векторов и показав, что выходной вектор изменяется точно так же, как если бы мухи буквально складывали векторы.
«Мы приводим веские аргументы в пользу того, что здесь происходит явная реализация векторной математики в мозгу». — говорит Маймон. «Что делает это исследование уникальным, так это то, что мы показываем с обширными доказательствами, как нейронные цепи выполняют относительно сложные математические операции».
Понимание пространственного мышления
Настоящее исследование проясняет, как мухи определяют направление своего движения в данный момент. В будущих исследованиях будет изучено, как эти насекомые отслеживают направление своего движения с течением времени, чтобы узнать, где они в конечном итоге оказались.
«Основной вопрос заключается в том, как мозг интегрирует сигналы, связанные с направлением и скоростью движения животного, с течением времени для формирования воспоминаний», — говорит Лю. «Исследователи могут использовать наши результаты в качестве платформы для изучения того, как рабочая память выглядит в мозгу».
Полученные данные могут иметь значение и для болезней человека. Поскольку пространственная путаница часто является ранним признаком болезни Альцгеймера, многие нейробиологи заинтересованы в том, чтобы понять, как мозг создает внутреннее ощущение пространства. «Тот факт, что насекомые с их крошечным мозгом точно знают направление своего движения, должен заставить исследователей искать подобные сигналы и аналогичные количественные операции в мозге млекопитающих», — говорит Маймон .
«Такое открытие может сообщить об аспектах дисфункции, лежащей в основе болезни Альцгеймера, а также других неврологических расстройствах, которые поражают пространственное мышление».