Как приближающийся объект вызывает реакцию бегства в мозге рыбы

Человек и животные инстинктивно уклоняются от быстро приближающихся объектов, чтобы избежать столкновения или спастись от хищника. Для этого мозг должен рассчитать направление и скорость зрительного стимула и инициировать соответствующую реакцию. Как именно это происходит, во многом неясно. Учёные из Института нейробиологии Общества Макса Планка в Мартинсриде показали на личинках рыбок данио, что воспринимается как приближающаяся угроза и какая область мозга распознаёт объект как опасность и запускает реакцию бегства.

Ситуации с объектом на курсе столкновения обычно вызывают стереотипную защитную реакцию у мухи, рыбы, мыши или человека. «Поскольку это поведение так похоже во всём животном царстве, вероятно, в мозге существует жёстко запрограммированная для этого схема», — говорит Инджинур Темизер.

Инджинур Темизер и её коллега Джулия Земмельхак показали, что личинки данио длиной в несколько миллиметров убегают от двумерного изображения объекта, движущегося на них. Чтобы определить ответственный за это контур в мозге, учёные выяснили, что именно запускает рефлекс бегства. В серии экспериментов они показывали рыбам объекты разного размера, яркости и скорости. Результаты показали, что рефлекс бегства наиболее надёжно запускается тёмным диском, который «надвигается», то есть постепенно увеличивается в размере.

Затем исследователи использовали оптические методы для измерения активности мозга в ответ на этот «ключевой стимул». Это возможно, потому что крошечные личинки рыб полностью прозрачны. Благодаря генетической модификации активные области мозга флуоресцируют под микроскопом. Таким образом, учёные смогли постепенно сузить точную область мозга, которая распознаёт приближающуюся угрозу и запускает рефлекс бегства.

Изображение надвигающегося объекта на сетчатке активирует высокоспецифичные ганглиозные клетки, которые затем передают информацию в область мозга рыбы, известную как тектум. Тектум определяет местоположение объектов в зрительном пространстве и координирует движение к таким объектам или от них.

«Мы впервые смогли показать, что нейроны в сетчатке распознают приближающийся объект и запускают защитную реакцию через связи с тектумом», — резюмирует Джулия Земмельхак. Критическая роль тектума стала ясна, когда исследователи отключили вход от этих ганглиозных клеток сетчатки: такие личинки рыб не были полностью слепыми, но больше не реагировали на приближающиеся объекты.