'Это сэндвич с беконом?' Плодовые мушки реагируют на запахи во сне

Исследователи проследили способность мушек интерпретировать информацию во сне, показав, какие части мозга остаются «бодрствующими».

Исследование под руководством учёных из Imperial College London, опубликованное сегодня в Nature, впервые показало, как мозг животного подсознательно обрабатывает «значимую» информацию, требующую интерпретации, такую как запахи.

Во время сна мы можем реагировать на два типа стимулов. Количественная информация, например громкий шум или удар по лицу, не требует специальной обработки, чтобы разбудить нас. Однако качественная или «значимая» информация требует подсознательной обработки — например, если кто-то говорит, зовут ли они наше имя? Или этот плач — наш ребёнок?

Хотя это явление признано у людей, отследить обработку в человеческом мозге из-за его сложности гораздо труднее. Однако для плодовых мушек весь «коннектом» — карта нейронов и их связей в мозге — определён, что позволило исследователям впервые определить, какие части мозга задействованы в значимой подсознательной обработке.

Первый автор исследования доктор Алис Френч из Департамента наук о жизни Imperial сказала: «Сон ставит вас в уязвимое положение, например, под угрозу хищничества. Поэтому животные, включая людей, должны уметь реагировать на потенциальные угрозы, чтобы проснуться и действовать. Если это звук, например громкий хлопок, обработка, необходимая нашему мозгу, относительно проста.

Однако, чтобы активно расшифровывать звуки и запахи вокруг нас, которые могут быть или не быть для нас актуальными, разные части мозга должны оставаться настороже. Теперь у плодовых мушек, которые имеют с нами больше общего, чем можно подумать, мы обнаружили, что один регион спящего мозга остаётся бодрствующим для обработки запахов».

Команда протестировала реакцию сытых и отдохнувших плодовых мушек на десятки запахов и обнаружила, что неприятные запахи будили мушек чаще, чем привлекательные.

Исследователи смогли протестировать тысячи мушек с помощью своей установки «этоскоп», где мушки помещаются индивидуально в трубки и отслеживаются автоматической камерой. Как только система обнаруживает, что мушка спит, выпускается струя запаха, и система фиксирует, реагирует ли мушка.

Затем команда отследила задействованные нейроны с помощью флуоресцентных маркеров, проследив цепочку подсвеченных нейронов от антенн («носа» мушки) до области мозга, участвующей в регуляции сна. Они смогли подтвердить свои выводы, включая и выключая некоторые из подсвеченных нейронов, что влияло на способность мушек обнаруживать запахи.

Исследователи также пошли дальше, задавшись вопросом, является ли реакция мушек на значимую информацию фиксированной или «пластичной» — будет ли она разной в разных обстоятельствах? У людей это наблюдается, например, когда люди спят в незнакомом месте, что делает их более чувствительными к внешним стимулам во сне.

Для мушек исследователи изменили несколько факторов, которые, по их мнению, могли повлиять на реакцию на запахи, включая дневное голодание, депривацию сна и опьянение. Пьяные и лишённые сна мушки в целом были менее восприимчивы к запахам, но голодные мушки были более чувствительны именно к запахам, связанным с едой.

Ведущий исследователь доктор Джорджио Джилестро из Департамента наук о жизни Imperial сказал: «Сон — это всегда компромисс: пока вы спите, вы уязвимы для хищников и не можете добывать пищу или спариваться, — поэтому он должен быть важен, но мы не знаем точно почему. Хотя все животные спят, его характер различается в животном мире.

Плодовые мушки — идеальные объекты для изучения, потому что они демонстрируют сложное поведение, включая сон, но имеют относительно простой мозг, что позволяет нам исследовать корни этого общего поведения. Однако даже у плодовых мушек разные виды имеют разный уровень сна и бодрствования. Исследование того, как разные животные балансируют свои потребности, может помочь нам определить конечную функцию сна».

Команда теперь пристально изучает родственные виды плодовых мушек, чтобы определить, как их экология — например, что они едят и где живут — влияет на их реакцию на стимулы во время сна. Это должно позволить им проследить эволюцию этого явления, увидев, как оно сохраняется у разных видов.