Грибовидное тело мозга насекомых принимает поведенческие решения, как кора млекопитающих
Грибовидное тело — область мозга членистоногих, отвечающая за обучение и память, — ответственно за способность насекомых принимать абстрактные поведенческие решения, которые затем выполняются нижележащими моторными сетями.
Таков результат исследования, проведённого профессором доктором Мартином Паулем Навротом и доктором Кансу Аричан из рабочей группы «Вычислительная системная нейронаука» Института зоологии Кёльнского университета. Исследование опубликовано в Current Biology под названием «Выходной сигнал грибовидного тела кодирует поведенческое решение во время сенсомоторного преобразования».
Долгое время преобладало мнение, что насекомые реагируют роботизированно по простым схемам «стимул–реакция», но за последние два десятилетия эта точка зрения сильно изменилась. «Насекомые обладают простыми когнитивными навыками, такими как формирование и воспроизведение памяти, а также принятие решений на основе опыта. Несмотря на сравнительно маленький мозг, они демонстрируют сложные модели поведения», — сказал профессор Наврот.
У беспозвоночных насекомых и млекопитающих — а значит, и у людей — необходимые процессы нервной системы во многом следуют схожим базовым принципам. Это включает быстрое сенсорное восприятие условий окружающей среды и их оценку, сравнение с приобретённым опытом (и, соответственно, надёжный выбор между возможными вариантами поведения) и, наконец, физическое выполнение поведенческой последовательности.
15 лет исследований нейронной цепи
Грибовидное тело — важная область обработки информации в центральном мозге насекомого, названная так из-за своей анатомической формы, — критически важно для формирования памяти. За последние 15 лет различные исследования показали, что информация о памяти кодируется через валентность сенсорного стимула на выходе из грибовидного тела.
В рамках исследовательской группы FOR 2705 «Анализ нейронной цепи: структура, пластичность и поведенческая функция грибовидного тела Drosophila» команда из Кёльна под руководством профессора Наврота также вносит вклад в эту область.
Насекомые определяют, был ли определённый стимул ранее запомнен как положительный (например, запах, сулящий пищу) или как отрицательный (например, запах патогенных веществ, таких как вредные бактерии в пище). Недавние исследования также показали, что выходные нейроны грибовидного тела оценивают и сенсорные стимулы, релевантные для врождённого поведения, то есть не основанного на опыте.
Описание новой функции грибовидного тела
В этом новейшем исследовании ведущий автор доктор Кансу Аричан описывает, как в своих экспериментах она измеряла активность выходных нейронов грибовидного тела у американского таракана (Periplaneta americana), одновременно снимая на видео пищевое поведение животных. Этот крупный вид был выбран потому, что его мозг намного больше, чем у плодовой мушки Drosophila, которая часто служит модельным организмом в фундаментальных исследованиях.
Это позволило провести электронное измерение нейронных сигналов, сделав возможным одновременное измерение и интерпретацию как активности в ответ на разные пищевые запахи, так и нейронных ответов в грибовидном теле — и, в конечном счёте, пищевого поведения животного — как возможной поведенческой реакции на стимул с высокой временной точностью.
Исследовательская группа наблюдала, что выходные нейроны грибовидного тела не только кодируют валентность конкретного запаха (например, запаха пищи по сравнению с нейтральным запахом), но и формируют на основе этой информации решение о выполнении соответствующего пищевого поведения.
Они принимают поведенческое решение не только на основе информации о валентности; важен и текущее состояние животного, например, голодно оно в данный момент или нет. В каждом испытании на основе паттерна нейронного ответа можно было точно предсказать, проявит ли животное пищевое поведение всего лишь примерно через десятую долю миллисекунды.
Подобно моторным областям коры головного мозга человека, грибовидное тело, таким образом, принимает первичное поведенческое решение и отправляет абстрактную моторную команду нижележащей моторной сети — у человека это спинной мозг, — которая затем выполняет поведение, активируя соответствующие мышцы.
«Этот результат оспаривает преобладающий взгляд на грибовидное тело, которое теперь можно рассматривать как центр для формирования памяти и принятия поведенческих решений. Это важно, потому что исследования мозга насекомых также актуальны для понимания функции более сложных мозгов», — подвела итог доктор Кансу Аричан.