Нейробиологи открыли важные характеристики детектора движения в мозге мухи

Чтобы вовремя реагировать на изменения в окружающей среде, мозг должен быстро и точно анализировать сигналы, получаемые от глаз. Учёные из Института нейробиологии Общества Макса Планка изучают, как мозг извлекает эту важную информацию о движении, используя в качестве модели мозг плодовой мушки Drosophila. Они подробно описали клетки, которые позволяют нижележащим нейронам распознавать направление движения. Интересно, что характеристики этих входных клеток точно соответствуют недавно предложенной учёными модели детектора движения. Кроме того, клетки меняют свои характеристики в зависимости от состояния животного: когда муха активна, клетки быстрее реагируют на световые стимулы.

В мозге плодовой мушки клетки T4 и T5 — это первые нейроны, которые избирательно реагируют на движение в определённом направлении. Долгое время считалось, что эти клетки сравнивают сигналы от двух соседних точек поля зрения. Однако эта простая модель не могла объяснить все эмпирические измерения. Поэтому отдел Александра Борста разработал модель, в которой сравниваются три, а не две соседние точки изображения.

Новое анатомическое исследование показало, что клетки T4 и T5 получают входные сигналы от четырёх различных типов клеток. Модель с тремя входными клетками казалась правдоподобной.

Используя своего рода «кинотеатр для мух», исследователи предъявляли различные световые стимулы и регистрировали реакции разных типов входных клеток. Результаты выявили сильные различия в скорости и продолжительности ответов отдельных клеток на изменения яркости.

Анализ с помощью компьютерной симуляции сети показал, что измеренные различия между клетками и возникающие из-за них задержки, с которыми клетки T4 и T5 получают свои сигналы, необходимы для распознавания направления движения. Таким образом, детектор движения с тремя клетками хорошо работает с этими клетками. Остаётся выяснить, как в эту схему вовлечена четвёртая входная клетка.

Чтобы точнее определить задачи отдельных клеток, исследователи использовали тот факт, что мозг мухи обрабатывает зрительные впечатления быстрее, когда животное движется. Для создания этого состояния в мозге мухи учёные стимулировали октопаминовые рецепторы, которые активируются в естественных условиях при движении.

Измерения показали, что в этих «активных условиях» входные клетки работали быстрее и сильнее реагировали на более высокие скорости движения — и, как следствие, нижележащие клетки T4 и T5 делали то же самое.

Результаты впечатляюще демонстрируют гибкость, с которой нейронные детекторы движения могут адаптироваться к поведенческому состоянию животных. Таким образом, плодовая мушка может надёжно воспринимать движения в окружающей среде, когда она движется с высокой скоростью. Неудивительно, что мух так трудно поймать.