Певчие синицы вспоминают места, просто глядя на них издалека

Исследователи из Института мозга, разума и поведения Цукермана при Колумбийском университете обнаружили, что гиппокампальные нейроны места у черношапочных гаичек активируются, когда птица просто смотрит на удалённую локацию. Это указывает на единый процесс пространственной памяти, запускаемый зрением.

Многие животные полагаются на зрение, чтобы вспомнить, где спрятана пища, или проложить маршрут к удалённой цели. Нейроны места в гиппокампе формируют нейронную основу такой пространственной памяти, активируясь, когда животное находится в определённом месте.

В новом исследовании "Дистанционная активация кодов места взглядом у высоко визуального животного", опубликованном в Nature, учёные выясняли, активируются ли гиппокампальные нейроны места у черношапочных гаичек при визуальной фиксации на удалённых пространственных целях.

Восемь птиц участвовали в экспериментах в арене диаметром 61 см с пятью идентичными участками, оборудованными жёрдочками, световыми сигналами и автоматическими кормушками.

• Отслеживание движений: Многокамерная система отслеживала положение головы птицы по инфракрасным отражающим маркерам. Отдельная система видеоокулографии регистрировала ориентацию глаз. Направление взгляда определялось в основном ориентацией головы, так как гаички почти не двигают глазами независимо.
• Задача: Птицы выполняли задачу визуального поиска, где световой сигнал указывал на место с наградой.
• Запись активности: Кремниевые зонды, имплантированные в передний гиппокамп, регистрировали нейронную активность.

Результаты:

• Из 1929 зарегистрированных возбуждающих нейронов гиппокампа 62% были настроены на местоположение птицы во время навигации, а 57% реагировали на направление взгляда во время стационарного визуального поиска.
• Среди нейронов, классифицированных как "нейроны места", 75% также демонстрировали значительную настройку на взгляд.
• Предпочитаемые локации для реакции на место и на взгляд совпадали у 95% клеток с сильной селективностью.
• Большинство настройки приходилось на контралатеральный (противоположный) взгляд: нейроны активировались, когда глаз, противоположный регистрирующему полушарию, фиксировался на цели.
• Нейронные ответы во время быстрых движений головы (саккад) имели двухфазную структуру: ранний компонент возникал до того, как взгляд птицы фиксировался на цели, а поздний соответствовал визуальному сигналу.
• Тормозные интернейроны образовали две группы с фазами активности, разнесёнными примерно на 180°, создавая квазипериодические колебания, связанные с саккадами головы.

Выводы:

Активность гиппокампа кодирует комбинацию предсказания и сенсорного ответа, связанную с тем, куда животное направляет визуальное внимание. Саккадические движения головы синхронизируют связанную с памятью нейронную активность несколько раз в секунду.

Кодирование места и кодирование взгляда представляют собой единый процесс, через который гиппокамп представляет актуальные для животного в каждый момент локации. Это позволяет как формировать пространственные воспоминания при посещении места, так и вспоминать их издалека при последующем взгляде на цель.