Супербыстрые летающие машины бросают вызов логике тела

Мозг крошечного насекомого несопоставим по размеру с его сверхспособностями к убийству, полёту и скорости.

Как и у людей, мозг журчалок и даже мелких хищных ктырей содержит сотни тысяч нейронов, которые обеспечивают им непревзойдённые способности к охоте и сбору пыльцы, которых нет даже в самых передовых человеческих технологиях.

И, как у людей, нисходящий нерв (или «спинной мозг») у мух сужается, пропуская одновременно лишь несколько сотен нейронов.

Как же возможны столь необычайно быстрые реакции насекомых на визуальные и другие сенсорные стимулы, если премоторные пути тела упираются в такое «узкое горлышко», связывающее сигналы от мозга к крыльям и телу?

Новое исследование специалистов по нейронауке насекомых из Университета Флиндерс, Университета Миннесоты и Кембриджского университета пытается разгадать эту загадку.

Финансируемое Управлением научных исследований ВВС США и грантом Discovery Австралийского исследовательского совета, это совместное исследование ищет будущие направления в нейронауке, изучая высокоразвитых летающих насекомых, таких как хищные ктыри и стрекозы, и нехищных журчалок и пчёл.

Последнее исследование, анализирующее нисходящий нерв (который проходит вдоль вентральной или нижней стороны насекомого) у мух, приведёт к дальнейшим работам по воспроизведению времени реакции хищных и нехищных насекомых в их естественной среде обитания в дикой природе.

«Люди довольно плохо реагируют на мелкие стимулы в загруженном или загромождённом поле зрения, например, на ловлю мяча во время бега в лесу», — говорит доцент Карин Нордстрём из Неврологического центра Колледжа медицины и общественного здравоохранения Университета Флиндерс.

«Так как же мухи видят друг друга в похожих условиях? Очевидно, в их эволюции есть что-то, что всё же позволяет невероятно быстрые поведенческие реакции, когда их мозг регистрирует триггер (например, пыльцу, потенциального партнёра или вкусную еду)».

Помимо записи реакций в мозге, исследователи также изучают, как нейроны животных диктуют поведение и преобразуются в их сверхсложные способности.

Результаты исследований помогут в разработке будущих технологий, таких как беспилотные автомобили и более эффективные виды воздушных перевозок.

«Это последнее исследование также увлекательно тем, что у крошечного ктыря и более крупной (размером с пчелу) журчалки очень разный эволюционный код, но очень похожие нисходящие нервные тяжи, поэтому сейчас мы работаем над пониманием общей схемы для обнаружения цели», — говорит доцент Нордстрём.

«Действительно, мозг животных можно рассматривать как биологические вычислительные машины, и многие современные инструменты машинного обучения, включая глубокие нейронные сети, сильно вдохновлены нейронаукой, используя аналогичную архитектуру со многими слоями нелинейных взаимодействий».

Статья «Integration of Small- and Wide-Field Visual Features in Target-Selective Descending Neurons of both Predatory and Non-Predatory Dipterans» опубликована в Journal of Neuroscience.