Навигация рыб оказалась более «ориентированной на среду»

В недавней статье «Boundary Vector Cells in the Goldfish Central Telencephalon Encode Spatial Information», опубликованной в PLOS One, исследователи из Университета Бен-Гуриона (Израиль) и Института биологии Высшей нормальной школы (Франция) изучили когнитивную активность золотых рыбок, перемещающихся в аквариуме.

Навигация — ключевой когнитивный навык животных. Мозг решает задачу ориентации в трёхмерном пространстве, используя виртуальное пространственное представление, созданное с помощью нейронов, кодирующих пространство. Исследования показывают, что в этом задействованы несколько типов нейронов: от распознавания расстояния и направления до объектов до отслеживания изменений этих расстояний при движении.

Эта пространственная когниция использует сенсорные данные для определения окружения, память для планирования маршрута и векторное кодирование на уровне отдельных нейронов. Существуют нейроны направления головы, клетки места, которые активируются при достижении цели, а система навигации в целом связана с тета-ритмом в гиппокампе.

Наши знания о когнитивной навигации основаны в основном на исследованиях млекопитающих и птиц, но недавнее исследование рыб показало, что они используют похожую систему. Были обнаружены нейроны, кодирующие границы среды, направление и скорость движения рыбы, что аналогично данным других животных.

Однако в предыдущем исследовании не было найдено свидетельств активности нейронов, подобных клеткам места, а также ритмических нейронных осцилляций, связанных с навигацией.

Чтобы изучить этот когнитивный компонент у рыб, учёные записали активность нейронов в центральной области мозга золотых рыбок во время их свободного плавания. Импланты в центральный теленцефалон регистрировали активность, а данные записывались на небольшое устройство в водонепроницаемом корпусе, закреплённом на черепе рыбы.

Исследование выявило пространственно-модулированные клетки, чья активность постепенно снижалась по мере удаления рыбы от границы в предпочитаемом направлении клетки, что напоминает граничные векторные клетки мозга млекопитающих. У других клеток пиковая активность наблюдалась на коротком расстоянии от границы. Эти паттерны активности могли настраиваться на границы во всех направлениях: дно аквариума, поверхность воды, стенки, а также, по-видимому, специально отслеживать углы аквариума.

Постепенная активность каждой клетки обычно охватывала большую часть экспериментальной среды, но не демонстрировала чётко идентифицируемой активности «клеток места». Это похоже на отсутствие маркера «вы здесь» на карте, хотя в целом система всё равно позволяла рыбе ориентироваться, основываясь на сигналах окружающей среды.

Многие из зарегистрированных клеток проявляли осцилляции бета-ритма, в отличие от тета-осцилляций у млекопитающих. Такое пространственное представление в мозге рыб уникально среди изученных у позвоночных клеток, кодирующих пространство, и даёт новое понимание пространственного познания рыб.