Мухи-дрозофилы различают количества объектов и предпочитают большее число

Оценка количества элементов — будь то особи в группе или предметы — важный навык для многих животных. Нейронные цепи, лежащие в его основе, изучены плохо.

Чтобы восполнить этот пробел, Мерседес Бенгочеа и её коллеги из Парижского института мозга создали модель числового познания у плодовых мух. Результаты показывают, что эти насекомые могут различать наборы с разным числом объектов и спонтанно предпочитают большие количества. Для такой числовой оценки необходима активация специфичных нейронов — LC11.

Эти нейроны, расположенные в оптической доле мозга, также участвуют в социальном поведении, позволяя мухе адаптировать свои действия в ответ на угрозу. Способность «считать» друзей и врагов могла сыграть роль в эволюции дрозофил, объясняют исследователи в новом исследовании, опубликованном в Cell Reports.

Предпочтение большего количества

Чтобы определить, могут ли мухи точно оценивать числа, исследователи поместили их в «арены Буридана», где насекомым показывали два набора объектов. Измеряя время, проведённое мухой у каждого набора, определяли её предпочтение.

Результаты показали, что мухи дольше оставались у набора с тремя объектами, чем с одним — независимо от размера объектов или общего объёма, который они занимали. Предпочтение больших количеств сохранялось при выборе между группами из двух и четырёх, а также двух и трёх объектов.

«Однако мухи не смогли различить наборы из трёх и четырёх объектов, — объясняет Мерседес Бенгочеа. — Похоже, соотношение между этими двумя числами для них недостаточно. С другой стороны, они легко сравнивают группу из четырёх и группу из восьми объектов — соотношение один к двум».

Таким образом, дрозофилы не ограничены счётом до трёх: соотношение между оцениваемыми количествами должно быть достаточно чётким, чтобы быть воспринятым. Оценка соотношения — простая зрительная задача, распространённая у животных и полезная для людей (например, для быстрой оценки размера толпы).

Ключевая роль нейронов LC11

Чтобы выяснить, какие нейронные цепи задействованы в этой системе, исследователи последовательно «отключали» разные области мозга насекомых. После нескольких тестов они обнаружили, что активность колонны нейронов в оптической доле — нейронов LC11 (lobular columnar neurons 11) — необходима мухам для различения наборов объектов.

Во втором эксперименте насекомых с помощью сахара (условного подкрепления) научили предпочитать меньшие количества, идя против их естественного влечения. «Но как только LC11 были инактивированы, насекомые больше не проявляли предпочтения... ни к большим, ни к малым количествам. Это подтверждает, что эти нейроны необходимы для сравнения количеств, независимо от ценности, которую мухи им присваивают», — добавляет исследователь.

Эволюционное значение

LC11 также участвуют в социальном поведении дрозофил: они активируются, когда насекомым нужно адаптировать оборонительную стратегию в зависимости от числа сородичей поблизости.

«Мы считаем, что способность оценивать количества была решающей в эволюции беспозвоночных, — объясняет Бассем Хассан, руководитель группы. — Когнитивные решения, которые насекомые используют для «счёта», очень просты. Несколько исследований показали, что в вычислительной модели достаточно нескольких искусственных нейронов для выполнения числовой задачи».