Взгляд в мозг летучей мыши раскрывает ключи к навигации млекопитающих
Новое исследование предполагает, что способность мозга фокусироваться на том, где мы окажемся в ближайшем будущем, а не на нашем текущем местоположении, может быть ключевой характеристикой встроенной навигационной системы млекопитающих. Работа опубликована 8 июля в журнале Science.
Нейробиологи из Калифорнийского университета в Беркли беспроводным способом отслеживали активность мозга египетских летучих мышей во время их полета в специальной комнате. Сравнивая траектории полета с нейронной активностью, ученые обнаружили, что активность «клеток места» — особого типа нейронов, кодирующих пространственное положение животного — часто лучше коррелировала с тем, где мышь окажется в ближайшем будущем, чем с ее текущим положением.
«Мы обнаружили, что для некоторых нейронов нейронная активность гораздо лучше представляет будущую позицию», — сказал ведущий автор Николас Дотсон. — «Это показывает, что нейронная активность в этой области представляет не только текущее положение летучей мыши — она представляет полную траекторию полета».
Клетки места, расположенные в области мозга под названием гиппокамп, формируют врожденную «GPS-систему» у многих наземных животных, включая человека. По мере исследования новой среды разные клетки активируются в разных точках, создавая внутреннюю карту территории.
Предыдущие эксперименты на относительно медленно движущихся животных, таких как крысы, не могли дать однозначного ответа на вопрос о кодировании будущих позиций. Летучие мыши же двигаются крайне быстро: 30–50 км/ч в лабораторных условиях. За долю секунды крыса перемещается на несколько сантиметров, а летучая мышь — на несколько метров.
В эксперименте использовались беспроводные устройства для записи нейронной активности, пока мыши свободно летали в комнате, оборудованной камерами для точного отслеживания траектории. Когда ученые сопоставили время нейронной активности с траекториями полета, оказалось, что при сдвиге позиций мыши вперед во времени (на несколько сотен миллисекунд или на секунду) корреляция между активностью и пространственным положением резко возрастала.
«Вы можете предположить, что некоторые нейроны вообще не кодируют пространственную информацию, потому что нет корреляции с положением в нулевой момент времени», — сказал старший автор Майкл Ярцев. — «Но если сравнить их активность с позицией через секунду в будущем, корреляция становится невероятно четкой».
Полученные данные свидетельствуют, что активность клеток места представляет не просто текущую позицию, а траекторию, протянутую в ближайшее будущее и прошлое.
Пока неясно, уникальна ли эта способность проецировать путь на секунду вперед для летучих мышей с их быстрым полетом или она присуща другим животным. Это открытие поднимает вопросы о том, как люди обрабатывают свое движение во времени и пространстве.
Поскольку гиппокамп также является очагом многих заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, при которых часто нарушается чувство места и память, понимание этих базовых нейронных вычислений может помочь в разработке более эффективных методов лечения.