Кальциевые динамики регулируют время принятия решений у C. elegans
Исследователи обнаружили, что крошечный червь C. elegans выбирает направление движения в пространстве с запахом, математически интегрируя информацию о концентрации одоранта. Также был идентифицирован ген, ответственный за этот процесс интеграции.
Механизм принятия решений
- Модельный организм: Исследование проводилось на круглом черве C. elegans, нервная система которого состоит всего из 302 нейронов.
- Поведение: Черви принимают решение во время реакции избегания отталкивающего запаха.
- Метод: Использовалась роботизированная микроскопия для одновременного измерения нервной активности (по концентрации ионов кальция, Ca2+) и поведения червя в виртуальном одорантном пространстве.
Два типа реакций на основе математических операций
Анализ динамики кальция выявил два различных механизма:
"Взвешенное" решение (интегрирование):
- Когда червь ищет благоприятное направление (уменьшение концентрации запаха), концентрация Ca2+ в определённом нейроне медленно нарастает.
- Это нарастание соответствует математическому интегрированию величины снижения концентрации одоранта за определённый период.
- Когда уровень кальция достигает порогового значения, червь совершает "обдуманный" выбор направления.
"Рефлекторная" реакция (дифференцирование):
- Если червь движется в неблагоприятном направлении (увеличение запаха), концентрация Ca2+ в другом нейроне быстро повышается.
- Эта динамика соответствует математическому дифференцированию (скорости изменения) концентрации одоранта, что обеспечивает быструю реакцию, подобную рефлексу.
Генетическая основа
Исследователи обнаружили гены, которые делают возможными процессы интеграции и/или дифференцирования сенсорной информации.
Значение для нейробиологии
У более сложных животных (грызуны, приматы) известно, что определённые нейроны мозга интегрируют информацию и принимают решение по достижении порогового уровня. Результаты данной работы показывают, что у червя с примитивной нервной системой нейрон также интегрирует информацию для принятия решений. Похожий ген, найденный у червей, может быть вовлечён в процессы принятия решений и у человека.