Как мотыльки помогли раскрыть механизмы сенсорной интеграции

Наша нервная система интегрирует информацию из разных источников, чтобы инициировать поведенческие реакции. Однако до конца не ясно, как мозг объединяет и интерпретирует стимулы от разных органов чувств.

Насекомые, такие как бражник Manduca sexta, являются удобной моделью для изучения интеграции сенсорной информации. Бражник использует длинный хоботок, чтобы пить нектар из цветов, одновременно паря над ними и отслеживая их движение.

Исследовательская группа под руководством профессора биологии Университета Вашингтона Тома Дэниела выяснила, как бражники интегрируют сигналы от двух сенсорных систем: зрения и осязания. Результаты, опубликованные 24 октября в Proceedings of the National Academy of Sciences, иллюстрируют вычислительную основу этой интеграции.

Эксперимент с конфликтующими сигналами

Ученые использовали искусственные цветы с независимо движущимися частями:

• Лепестки — за ними бражник следит глазами (визуальный сигнал).
• Камера с нектаром — к ней прикасается хоботок (тактильный сигнал).

Такой подход с сенсорным конфликтом позволил понять, как мозг обрабатывает и комбинирует одновременные сигналы от разных органов чувств.

Результаты: осязание важнее зрения

• Когда двигалась только камера с нектаром (тактильный сигнал), мотыльки уверенно следовали за ней.
• Когда двигались только лепестки (визуальный сигнал), реакция мотыльков была слабой.

Это указывает на то, что для поведения при кормлении тактильная информация от хоботка является более важным сенсорным входом, чем зрение.

«Когда мы предъявляем мотыльку конфликтующие стимулы, он должен решить, как сбалансировать несовпадающую информацию — какую подсказку следовать. И, что довольно удивительно, в этой сенсорной перетягивании каната осязание побеждает зрение», — пояснил ведущий автор исследования, постдок Эатай Рот.

Математическая модель интеграции

На основе данных о положении мотыльков ученые построили математическую модель. Она показала, что мозг бражника использует простую аддитивную модель или линейное суммирование для интеграции сигналов от хоботка и глаз.

Хотя мотыльки сильно полагаются на тактильные сигналы, модель предполагает, что оба чувства (зрение и осязание) достаточно остры, чтобы отслеживать цветок. Эта модель успешно предсказала поведение мотыльков в новых условиях сенсорного конфликта.

Исследователи полагают, что описанные математические принципы могут представлять собой общий режим интеграции сигналов у животных.