Как мозг летучих мышей слушает входящие сигналы во время эхолокации
Нейробиологи из Университета Гёте во Франкфурте обнаружили петлю обратной связи, которая модулирует восприимчивость слуховой коры к входящим акустическим сигналам, когда летучие мыши издают эхолокационные крики. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что передача информации в нейронных цепях меняла направление в процессе производства звука. Вероятно, эта обратная связь подготавливает слуховую кору к ожидаемым эхо от изданных криков. Учёные считают, что важность обратных связей в мозге в настоящее время всё ещё недооценивается.
Летучие мыши используют ультразвуковую навигацию: они ориентируются, испуская ультразвуковые звуки и используя возникающее эхо для построения картины окружающей среды. Например, короткохвостый листонос Кароллии (Carollia perspicillata) находит фрукты с помощью этой системы. Одновременно летучие мыши используют вокализации для общения, применяя для этого несколько более низкий диапазон частот.
Команда нейробиолога Хулио К. Эчаваррии изучала мозговую активность, связанную с вокализацией у этого вида. В ходе исследования они вживили крошечные электроды в мозг летучих мышей, чтобы записать нейронную активность в лобной доле и слуховой коре.
Ключевое открытие:
- Учёные выявили ранее неизвестную петлю обратной связи в сети лобная доля–слуховая кора во время эхолокации.
- Обычно информация течёт от лобной доли (где планируется производство звука) к слуховой коре, чтобы подготовить её к ожиданию сигнала.
- Однако после излучения эхолокационного импульса поток информации от лобной доли к слуховой коре ослабевал, пока направление передачи не менялось полностью, и информация начинала течь от слуховой коры обратно к лобной доле.
- Гипотеза: эта обратная связь готовит слуховую кору к лучшему приёму звуков, отражённых от эхолокационного крика.
Экспериментальное подтверждение:
- Нейробиологи смоделировали сигналы, исходящие от слуховой коры, с помощью электрической стимуляции лобной доли.
- Эта активность заставила слуховую кору сильнее реагировать на акустические отражения.
- Вывод Эчаваррии: «Это показывает, что обнаруженная нами петля обратной связи является функциональной».
Значение и метафора:
- Ранее считалось, что поток данных в мозге в основном идёт в одном направлении, а обратные связи — исключение.
- Новые данные показывают, что это представление, вероятно, неверно, и обратные связи в мозге, возможно, значительно важнее, чем предполагалось.
- Метафора: «До сих пор считалось, что поток данных на этой информационной супермагистрали в основном движется в одном направлении... Наши данные показывают, что эта точка зрения, скорее всего, ошибочна».
Интересный нюанс:
- Ярко выраженного обращения потока информации не наблюдалось для вокализаций, используемых для общения.
- Возможная причина: летучие мыши находились в одиночестве в звукоизолированной камере и не ожидали ответа на свои крики.
- Перспектива: Это открывает новые пути для изучения социального взаимодействия летучих мышей.