Нейронный механизм поиска пищи у червей: простой сигнал «Становится лучше!»

Круглый червь Caenorhabditis elegans с его 302 нейронами использует сложные стратегии для поиска бактерий в почве. Учёные из Rockefeller University выяснили, как его обонятельная система обрабатывает информацию для нахождения пищи.

Ключевая нейронная схема

Исследователи описали нейронную цепь в обонятельной системе червя, которая отправляет в мозг сообщение, когда запах пищи усиливается. Это «подталкивает» животное двигаться в правильном направлении.

Как пояснила старший автор работы Кори Баргманн, мозг червя извлекает из этих ощущений удивительно простую и точную информацию:

«Есть всего одно сообщение, и оно по сути говорит: "Жизнь становится лучше. Продолжай двигаться!"»

Эксперимент с диацетилом

Червь способен отслеживать молекулу диацетила — вещества с запахом масла, которое производят некоторые бактерии. Учёные использовали генетически модифицированных C. elegans, у которых активные нейроны можно визуализировать под микроскопом.

Черви двигались по градиенту концентрации диацетила в контролируемых условиях. С помощью передовой визуализации и вычислительных методов исследователи определили, как мозг выделяет и обрабатывает обонятельную информацию для регуляции поведения.

Простой, но эффективный расчёт

Мозг C. elegans выполняет прямую и абстрактную операцию:

  • Он отвечает только на вопрос: «Увеличивается ли концентрация?»

  • Плохо различает большие и малые увеличения.

  • Не обращает внимания на падения концентрации диацетила.

Повторяя этот простой расчёт снова и снова, червь остаётся открыт для возможности найти всё более высокие концентрации. Это может объяснять, как он «понимает», что не следует останавливаться, пока запах пищи не достигнет пика.

Значение открытия

Это открытие показывает, что даже такой простой мозг более сложно обрабатывает сенсорную информацию, чем считалось ранее. Вместо решения конкретных задач он ощущает изменения явлений во времени и формирует динамическое представление об их значении. Это базовая функция мозга, которую ранее не распознавали.

Результаты исследования, проливающие свет на фундаментальный вопрос нейронауки о связи между сенсорным входом и поведением, были опубликованы онлайн в журнале Cell Reports 10 сентября.