Осьминоги создают карту зрительного ландшафта, подобно людям
Около 70% мозга осьминога посвящено зрению. Однако до недавнего времени у учёных было лишь смутное понимание того, как эти морские животные видят подводный мир. Новое исследование Университета Орегона проясняет картину.
Впервые нейробиологи записали нейронную активность зрительной системы осьминога. Они создали карту зрительного поля животного, напрямую наблюдая за активностью нейронов в его мозге в ответ на светлые и тёмные пятна в разных локациях.
Эта карта нейронной активности в зрительной системе осьминога очень похожа на то, что наблюдается в мозге человека, — несмотря на то что последний общий предок осьминогов и людей жил около 500 миллионов лет назад, и осьминоги развили свою сложную нервную систему независимо.
Нейробиолог Кристофер Ниль и его команда сообщают о результатах в статье, опубликованной 20 июня в Current Biology.
«Никто раньше не записывал сигналы из центральной зрительной системы головоногого», — сказал Ниль. Осьминоги и другие головоногие обычно не используются как модель для понимания зрения, но команду Ниля привлекает их необычный мозг. В связанной статье, опубликованной в прошлом году в Current Biology, лаборатория идентифицировала разные категории нейронов в оптической доле осьминога — части мозга, отвечающей за зрение. Вместе «эти статьи закладывают хороший фундамент, выявляя различные типы нейронов и то, на что они реагируют — два важнейших аспекта, которые нам нужно знать, чтобы начать понимать новую зрительную систему», — отметил Ниль.
В новом исследовании учёные измеряли, как нейроны зрительной системы осьминога реагируют на движущиеся по экрану тёмные и светлые пятна. Используя флуоресцентную микроскопию, исследователи могли наблюдать за активностью реагирующих нейронов, чтобы увидеть, как их реакция меняется в зависимости от места появления пятен.
«Мы смогли увидеть, что каждая локация в оптической доле реагировала на одну локацию на экране перед животным, — сказал Ниль. — Если мы перемещали пятно, ответ в мозге также перемещался».
Подобное взаимно-однозначное отображение (карта) обнаруживается в мозге человека для нескольких чувств, таких как зрение и осязание. Нейробиологи связали локацию конкретных ощущений с определёнными точками в мозге. Известным примером для осязания является гомункулус — схематическая фигура человека, части тела которой изображены пропорционально объёму мозга, обрабатывающему сенсорный вход от них. Высокочувствительные области, такие как пальцы рук и ног, выглядят огромными, потому что от них поступает много сигналов в мозг, тогда как менее чувствительные области гораздо меньше.
Однако обнаружение упорядоченной связи между зрительной сценой и мозгом осьминога не было предопределено. Это довольно сложная эволюционная инновация, и у некоторых животных, таких как рептилии, такой карты нет. Кроме того, предыдущие исследования предполагали, что у осьминогов нет гомункулусоподобной карты для разных частей их тела.
«Мы надеялись, что зрительная карта может там быть, но её никто раньше напрямую не наблюдал», — сказал Ниль.
Исследователи также отметили, что нейроны осьминога особенно сильно реагировали на маленькие светлые пятна и большие тёмные пятна — явное отличие от человеческой зрительной системы. Команда Ниля предполагает, что это может быть связано со специфическими характеристиками подводной среды, в которой живут осьминоги. Надвигающиеся хищники могут появляться как большие тёмные тени, а близкие объекты, такие как пища, — как маленькие яркие пятна.
Далее исследователи надеются понять, как мозг осьминога реагирует на более сложные изображения, например, на те, с которыми он сталкивается в естественной среде. Их конечная цель — проследить путь этих зрительных сигналов глубже в мозг осьминога, чтобы понять, как он видит и взаимодействует со своим миром.