Впервые записана активность зрительных нейронов в мозге паука-скакуна
Впервые междисциплинарной группе исследователей удалось записать активность нейронов, связанных со зрительным восприятием, в мозге размером с маковое зерно у паука-скакуна (Phidippus audax).
Несмотря на полувековые попытки нейробиологов изучить мозг этих пауков, до сих пор это не удавалось. Жидкость в теле пауков находится под давлением, так как они движутся за счёт гидравлического давления и мышц, поэтому при разрезе пауки быстро истекают "кровью" и погибают.
Исследователи применили новую стратегию: создали микроскопическое отверстие, которое само запечатывается вокруг вольфрамового записывающего электрода толщиной с волос.
Гил Менда, постдок из лаборатории Рона Хоя и первый автор статьи, понял, что если отверстие достаточно мало, то самоуплотняющиеся свойства паука могут закрыть разрез. С помощью электродов он записал электрические спайки нейронов в зрительных сетях мозга паука.
Пауки-скакуны обладают уникальной зрительной системой с почти панорамным обзором на 360 градусов. У них также есть пара крупных специализированных передних глаз, острота зрения которых почти сравнима с человеческой. Эта система поддерживает кошачье охотничье поведение паука: он скрытно подкрадывается и набрасывается на добычу.
Исследователи использовали 3D-принтер для создания крошечной сбруи, чтобы удерживать паука, и ещё меньших шторок, чтобы закрывать определённые глаза. Когда на экран проецировалось движущееся изображение мухи (естественной добычи), Менда регистрировал всплески активности отдельных нейронов в мозге паука.
Уникальная зрительная система позволяет пауку-скакуну использовать разные наборы глаз для обработки остроты зрения и движения, что требует нелинейной интеграции сигналов от разных глаз в мозге. Исследователи выяснили, что когда один набор глаз был открыт, а другой закрыт, в зрительных отделах мозга почти не было реакции на стимул на LCD-экране. Когда же разные наборы глаз были открыты вместе, то же изображение вызывало нейронную активность. «Мозгу необходимы все открытые глаза для обработки информации», — отметил соавтор Пол Шамбл.
«Обычно вы знаете, куда попадаете, но мозг паука настолько мал, что мы не могли этого знать», — сказал соавтор Эяль Ниццани. «Мы вставляли электрод, а затем должны были проверять, куда именно мы попали».
По словам Хоя, это исследование впервые даёт ключи к пониманию того, как мозг паука-скакуна обрабатывает информацию, и открывает новое направление в фундаментальной нейробиологии. Работа также может найти применение в технологии оптических сенсоров: «Исследователей всегда интересует миниатюризация биосенсоров — а у пауков-скакунов действительно крошечные глаза», — сказал Шамбл.
«В современную эпоху такие животные умнее роботов», — добавил соавтор Джеймс Голден. «Пауки-скакуны были чёрным ящиком поведения. Теперь мы можем исследовать, как это происходит».
Исследование опубликовано онлайн 9 октября в журнале Current Biology.