Локальные детекторы движения у плодовых мух распознают сложные паттерны, генерируемые их собственным движением

Учёные из Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце выяснили, как глаз плодовой мушки Drosophila melanogaster обрабатывает паттерны движения, возникающие при её перемещении в пространстве. Они обнаружили, что направленно-селективные клетки могут различать шесть типов глобальных паттернов движения, а не четыре основных направления, как считалось ранее.

Каждый подтип T4/T5 распознаёт конкретный паттерн движения

• Сложный глаз мухи состоит из 800 зрительных единиц (омматидиев).
• Клетки T4 и T5 действуют как локальные детекторы движения, реагируя на движущиеся светлые (T4) и тёмные (T5) контрасты.
• Ранее предполагалось, что существует четыре подтипа этих клеток, каждый из которых кодирует одно из четырёх направлений: вперёд-назад, назад-вперёд, вверх или вниз.

Нейроны отражают реальное поведение мухи

Используя метод двухфотонной микроскопии для мониторинга активности более 3500 детекторов T4/T5, исследователи выявили шесть функциональных подтипов.

«Отдельные подтипы кодируют не однородные направления движения... Вместо этого каждый подтип состоит из группы направленно-селективных нейронов, которые напрямую представляют сложный глобальный паттерн движения», — объяснила ведущий автор работы доктор Мириам Хеннинг.

Каждый подтип реагирует на сложный паттерн, составленный из множества локальных движений, что гораздо точнее соответствует реальной траектории полёта мухи в трёхмерном пространстве. Все шесть подтипов работают одновременно, но активируются по-разному.

Интересно, что у мышей аналогичные направленно-селективные нейроны сетчатки также кодируют паттерны собственного движения, но представлены только четырьмя подтипами. Авторы предполагают, что разное количество подтипов может соответствовать разным типам перемещения: полёт в трёхмерном пространстве у мух и бег в основном в двух измерениях у мышей.

Смена парадигмы в нейробиологии зрения

Открытие представляет собой смену парадигмы в изучении зрительной системы. Оказалось, что эффективнее сразу фиксировать сложные паттерны движения, чем сначала выделять четыре базовых направления, а затем преобразовывать их в глобальные паттерны на более поздних этапах обработки. Кроме того, шесть подтипов клеток T4/T5 лучше соответствуют гексагональной структуре глаза мухи.

Остаются нерешённые вопросы: как именно разные подтипы связаны с конкретным поведением и как они сами управляют этим поведением. Исследователи планируют изучить это в будущем.