Учёные записали активность мозга свободно летающих летучих мышей
Исследователи из Университета Джонса Хопкинса разработали метод изучения мозга летучей мыши в полёте, впервые зафиксировав, что происходит, когда свободно перемещающееся животное фокусирует и переключает своё внимание.
Это прорывное достижение позволяет увидеть, что происходит в мозге естественно ведущих себя животных, не ограниченных лабораторными условиями. Поскольку летучие мыши имеют ту же базовую структуру мозга, что и все млекопитающие, включая человека, эта работа, опубликованная в журнале eLife, углубляет понимание процессов в мозге при движении в реальном мире.
«Если вы хотите понять, как мозг работает в реальном мире, животное должно двигаться через этот мир естественным образом», — сказал соавтор Мелвилл Вольгемута. «Идея беспроводной записи активности мозга совершенно нова. И никто не использовал её, чтобы понять, как животное воспринимает мир и реагирует на эту информацию».
Для изучения летучей мыши в полёте команде сначала потребовалось беспроводное записывающее устройство, которое не утяжелило бы животное весом менее 30 граммов.
Разработка такого устройства заняла около года с помощью внешней инженерной фирмы и ещё год проб и ошибок для его совершенствования. Команда также оборудовала «полётную комнату» высокоскоростными камерами и набором микрофонов для записи эхолокационных сигналов мыши.
Ничего из этого не существовало 25 лет назад, когда старший автор Синтия Мосс впервые задумала такое исследование. До сих пор учёные были ограничены наблюдением за мозгом неподвижных животных, выполняющих простые и часто искусственные действия. Они могли изучать мозг неподвижной летучей мыши, но искусственные условия могут раскрыть лишь часть того, как мозг ведёт себя в реальной ситуации.
А в реальном мире летучие мыши и другие животные обычно двигаются.
«Двадцать пять лет назад я говорила с коллегой о записи нейронной активности свободно летающей летучей мыши, и он смотрел на меня, как на сумасшедшую», — сказала Мосс. — «Потребовалось много усилий и технологического прогресса, чтобы сделать это возможным».
Команда Джонса Хопкинса стала одной из первых в мире, записавшей активность мозга беспроводным способом, и первой, сделавшей это, пока животное перемещалось в пространстве, переключая внимание с объекта на объект. Летучие мыши издают высокочастотные звуки, которые отражаются от объектов, и слушают эхо, чтобы «увидеть» их расположение.
В итоге команда смогла объединить данные о местоположении мыши, времени её вокализаций и активности её мозга, чтобы определить, какие объекты вызывали срабатывание нейронов и, следовательно, на что мышь обращала внимание.
Когда мышь фокусировалась на объектах, исследователи наблюдали всплески активности в определённых клетках среднего мозга — нечто, что, вероятно, происходит, когда любое животное, включая человека, переключает внимание.
«Мы можем видеть, как движущееся животное взаимодействует с объектами, подобно человеку, идущему по лесу», — сказал Вольгемута.
Наблюдение за активностью мозга свободно движущегося животного стало монументальным для авторов, которые видят большой потенциал в использовании этой техники для будущих исследований.
«Увидеть сигналы в мозге, когда животное действительно на что-то смотрит, а затем увидеть срабатывание нейрона — это было для меня святой Грааль», — сказал соавтор Нинад Котари. — «По мере развития этого исследования мы сможем брать информацию, полученную от животных, таких как летучие мыши, мыши и совы, и интерпретировать её в человеческих терминах, чтобы потенциально помочь людям с дефицитом внимания».