Математическая модель раскрывает, как гремучая змея находит добычу в кромешной тьме

Гремучие змеи используют мощные инфракрасные датчики (ямки) возле ноздрей для охоты в темноте, обнаруживая даже мельчайшие изменения температуры. Однако их молекулярные сенсоры — термочувствительные ионные каналы — по чувствительности сравнимы с человеческими.

Парадокс чувствительности:

• Для обнаружения добычи змеям нужно улавливать изменения температуры в милликельвины (мК).
• Весь сенсорный орган должен быть в 1000 раз чувствительнее, чем лежащие в его основе молекулярные сенсоры.
• При этом змеи живут в средах (например, в пустынях) с резкими суточными перепадами температуры.

Решение от физиков Йеля:

Исследователи создали математическую модель, основанную на концепциях статистической физики и теории информации. Модель показывает, как температурный сигнал от отдельных ионных каналов коллективно влияет на нейронный ответ.

• В системе существует точка бифуркации — качественного изменения нейронного ответа, где отдельные, менее чувствительные сенсоры начинают проявлять высокую степень кооперации.
• "Около этой точки бифуркации мозг змеи может получить почти столько же информации о температуре, как если бы он мог считывать показания каждого отдельного датчика и затем идеально усреднять их для получения одного, оптимально точного измерения", — пояснил соавтор Бенджамин Махта.

Адаптация к перепадам температуры:

Модель также включает механизм обратной связи, который автоматически защищает общую чувствительность системы при резких суточных колебаниях температуры окружающей среды.

Более широкое значение:

Подобные принципы проектирования с обратной связью могут быть обнаружены и в других сенсорных системах, которым также необходимо обнаруживать крошечные сигналы в изменчивой среде.