Как серотонин меняет обоняние у саранчи

Исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе изучают, как саранча воспринимает запахи и как это влияет на её поведение. В работе, опубликованной в eLife, профессор Барани Раман начинает картировать, как обонятельные цепи в мозге насекомого изменяются, вызывая разное поведение. Ключевым фактором в этом является нейромодулятор серотонин, в том числе при переходе от одиночной фазы к стадной (роящейся).

Один организм — два состояния

Один и тот же организм может существовать в двух разных состояниях: разрушительном (стадном) и робком, интровертном (одиночном). Учёные исследовали, как серотонин влияет на часть нейронной цепи, отвечающую за восприятие обонятельных сигналов и запуск поведенческих реакций.

Аналогия с запахом печенья

Чтобы понять, как один запах может вызывать разное поведение, можно представить запах свежеиспечённого печенья. Для голодного человека он побуждает идти на кухню, а для сытого — может игнорироваться или даже вызывать отвращение. Сенсорный стимул одинаков, но реакция зависит от внутреннего состояния.

Эксперимент с саранчой

Поскольку у саранчи нельзя спросить, голодна ли она, исследователи искали «аппетитный ответ» — открывание сенсорных придатков возле рта, что является подготовительным действием перед едой.

Ключевые результаты

• Повышение уровня серотонина изменяло амплитуду нейронных ответов на запахи, но не их временны́е характеристики.
• Нейронный ответ усиливался на все запахи, однако поведенческая реакция (аппетитный ответ) усиливалась только на пищевые запахи, а на непищевые — нет.

Вычислительная модель

Для объяснения этого парадокса была создана простая вычислительная модель. Она разделила нейроны на две подгруппы: одна увеличивает поведенческий выход, а другая — подавляет его. Эта модель показала, как глобальное воздействие серотонина на нейронную цепь может приводить к специфичному для конкретного запаха поведенческому исходу.

Следующие шаги

Текущие эксперименты проводились на стадной (gregarious) саранче. Следующим этапом будет изучение того, как на аналогичную нейромодуляцию реагируют одиночные особи, и как серотонин влияет на их нейронные цепи при переходе от интровертного к экстравертному состоянию и обратно.