Нейробиологи исследуют рискованное дело самосохранения
Критическое решение для выживания всех животных — когда, куда и как спасаться от надвигающейся угрозы. Исследовательская группа Северо-Западного университета, используя мультинейронную визуализацию, выяснила, что реакция побега у жертвы более сложна, чем считалось ранее.
В исследовании на личинках рыбок данио ученые впервые обнаружили, что врожденная реакция побега животного учитывает не только близость хищника, но и скорость его приближения — срочность угрозы.
До этого исследования считалось, что поведение побега запускается порогом близости: всё, что оказывается в пределах определенного расстояния, вызывает побег. Однако команда из Северо-Западного университета обнаружила, что при медленной скорости приближения хищника у личинок данио не задействуется самая быстрая схема побега; вместо этого другая схема производит более отсроченное и вариативное поведение побега.
Приписав нейронную реакцию побега жертвы не только близости, но и скорости приближения хищника, исследовательская группа раскрыла новую информацию, которая помогает понять нейронную механику самых элементарных инстинктов самосохранения.
Результаты будут опубликованы 7 сентября в журнале Current Biology.
"Потенциальная проблема с принятием решения о побеге, основанным исключительно на близости хищника, заключается в том, что оно не различает хищников, приближающихся быстро, и тех, что приближаются медленно", — сказал один из авторов исследования Малкольм А. Макивер. "Наша работа способствует пониманию фундаментального компромисса в нейронных системах: быстро запустить готовое, негибкое поведение, которое более предсказуемо, или отсрочить реакцию, чтобы вычислить более вариативное поведение, которое будет труднее предсказать".
Чтобы изучить нейронные основы реакции побега, Макивер, профессор Дэвид Л. Маклин и докторант по биомедицинской инженерии Киран Бхаттачарья (первый автор) выбрали личинок рыбок данио. Это прозрачное животное позволяет визуализировать целые группы нейронов и одновременно наблюдать за движением животного.
"Мы можем наблюдать, как мозг загорается активностью, пока животное ведет себя", — сказал Маклин. "Изучение модельного организма, такого как рыбка данио, помогает нам понять, как мозг генерирует разнообразие поведений. Оценка адекватного ответа на стимулы — фундаментальная задача мозга всех животных, включая человека".
Используя мультинейронную визуализацию одновременно с записью высокоскоростного видео поведения побега, исследователи показали, что скорость приближения угрозы задает вероятность задействования специального высокоскоростного механизма побега (запускаемого особыми нейронами, называемыми клетками Маутнера). По мере увеличения скорости приближения хищника возрастает и вероятность использования этого специального механизма.
Преимущество специального механизма побега в том, что реакции происходят максимально быстро, но недостаток в том, что движение высоко предсказуемо, что позволяет некоторым хищникам "взломать" схему и заставить жертву броситься прямо в пасть хищника. При более низких скоростях приближения специальная схема побега не задействуется (клетки Маутнера не срабатывают), и возникает более вариативное, хотя и отсроченное, поведение побега.
"Наши результаты показывают, что эти простые рыбы калибруют свою реакцию в соответствии с воспринимаемым риском угрозы", — сказал Маклин. "Теперь, когда мы знаем, на что обращают внимание рыбы, мы можем начать исследовать нейронные вычисления, управляющие этим фундаментальным процессом".
В то время как специальная высокоскоростная схема побега, которую используют рыбы и амфибии для срочных угроз, исчезает у полностью наземных животных (рептилий, птиц и млекопитающих), альтернативная высоковариативная схема сохраняется, сказал Макивер. Когда животные вышли из воды и начали населять сушу, их зрительный диапазон dramatically увеличился, что позволило реализовать более вариативное поведение с использованием этой альтернативной схемы.
Статья называется "Visual threat assessment and reticulospinal encoding of calibrated responses in larval zebrafish".