Как мозг землеройки адаптируется к зиме

Сезонные энергосберегающие адаптации в нервной системе могут позволить землеройкам снижать свои метаболические потребности зимой. Животные приспосабливаются к меняющимся условиям окружающей среды, таким как сезонные циклы, чтобы повысить свои шансы на выживание. Хотя сезонные изменения связаны с известными поведенческими паттернами, такими как спячка, их влияние на мозг оставалось неясным. Чтобы ответить на этот вопрос, Саикат Рэй, Роберт Науманн и их коллеги исследовали сезонные изменения в структуре и активности нейронов у самого маленького наземного млекопитающего — этрусской землеройки, которая сталкивается с экстремальными физиологическими нагрузками и невзгодами зимой из-за исключительно высокого уровня метаболизма и низких энергетических резервов.

Авторы использовали магнитно-резонансную томографию, микроструктурный анализ срезов корковой ткани и двухфотонную кальциевую визуализацию. Единственной областью мозга, которая последовательно уменьшалась зимой, была кора больших полушарий, которая зимой была на 10% тоньше, чем летом. Исследователи сосредоточились на соматосенсорной коре, которая играет критическую роль в осязании, на которое землеройки полагаются при захвате добычи.

• Слой 4 — наиболее метаболически активный слой соматосенсорной коры — зимой был на 28% тоньше и содержал меньше нейронов, чем летом.
• Доля нейронов в слое 4, активность которых подавлялась при стимуляции вибрисс (усов) весной и летом, была в 2.3 раза выше, чем осенью и зимой.
• Зимой по сравнению с летом было меньше интернейронов, позитивных по парвальбумину — одного из наиболее метаболически активных подтипов нейронов в слое 4 соматосенсорной коры. Поскольку эти интернейроны являются тормозными, их сокращение может способствовать резкому уменьшению подавляющих нейронных реакций на прикосновение зимой.

Дополнительные результаты показывают, что недостаток пищи сам по себе достаточен для вызова сезонных изменений объема коры — независимо от температуры или цикла свет-темнота, которые оставались постоянными во время экспериментов.

По мнению авторов, полученные данные позволяют предположить, что снижение порога обнаружения стимуляции вибрисс может сделать землероек менее разборчивыми в выборе добычи зимой, когда пища более ограничена, а многоножки становятся более съедобными. Авторы также отмечают, что исследование дает представление о том, как нервные системы демонстрируют адаптивную пластичность в ответ на экологические требования.