Как червь принимает решение о спаривании: роль четырёх нейронов

Исследователи из Вустерского политехнического института (WPI) и Калифорнийского технологического института (Caltech) выяснили, как самец почвенного червя Caenorhabditis elegans (C. elegans) решает, когда и куда двигаться для поиска партнёра. Ключевую роль в этом играют четыре сенсорных нейрона, которые формируют сеть для принятия решений через синаптические петли обратной связи. Результаты опубликованы 22 февраля 2016 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Механизм принятия решения

• Всего четыре нейрона, расположенных около головы самца, анализируют концентрацию феромонов, которые выделяют гермафродиты, истощившие свой запас сперматозоидов.
• Нейроны не работают синхронно, как предполагалось ранее. В зависимости от концентрации феромонов и синаптической активности они демонстрируют разные и разнонаправленные реакции (возбуждающие и тормозные) различной длительности.
• Эта стратегия позволяет червю с компактной нервной системой увеличить «ёмкость кодирования» и извлекать из среды больше информации, чем при простом включении/выключении нейронов.

Оптимальная концентрация и роль синапсов

• Здоровый червь с полностью функциональной сенсорной цепью двигается к промежуточной, а не к максимальной концентрации феромонов.
• Высокая концентрация может сигнализировать о перенаселённости или стрессе в среде, а низкая — о недостатке потенциальных партнёров поблизости.
• Синаптическая активность (общение между нейронами) критически важна для этого выбора. Когда учёные отключили три из четырёх нейронов или искусственно снизили синаптическую активность, черви с одним рабочим нейроном теряли «предпочтение» и двигались к любой концентрации феромона.

Значение исследования

• По словам профессора WPI Джагана Сринивасана, червь, по сути, вычисляет производную от кривой концентрации, чтобы принять решение.
• Профессор Caltech Пол Стернберг отмечает, что обнаружен не только первичный сенсор для половых феромонов, но и, по-видимому, новый механизм нейронного кодирования для эффективной обработки информации.
• Наблюдаемая нейронная цепь, вероятно, задействует нейротрансмиттеры, некоторые из которых могут играть роль и в работе человеческого мозга.