Исследовательская группа Кёльнского университета (University of Cologne) установила, что центром принятия поведенческих решений в головном мозге насекомых является грибовидное тело (исследование опубликовано в журнале «Current Biology»).
Грибовидное тело — область обучения и памяти в головном мозге членистоногих — отвечает за способность насекомых принимать абстрактные поведенческие решения, которые затем выполняются связанными с этим телом моторными сетями. К такому выводу пришли профессор доктор Мартин Пауль Наврот (Martin Paul Nawrot) и доктор Кансу Арикан (Cansu Arican) из рабочей группы «Нейробиология вычислительных систем» Института зоологии Кёльнского университета в ходе проведённого ими исследования. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале «Current Biology» в статье под названием «Выходные сигналы грибовидного тела кодируют поведенческие решения во время сенсомоторной трансформации» (‘The mushroom body output encodes behavioural decision during sensory-motor transformation’).
Долгое время в научной среде господствовала точка зрения, согласно которой насекомые реагируют, как роботы, по простой схеме стимул—реакция, но за последние два десятилетия эта точка зрения претерпела существенные изменения. «Насекомые способны выполнять простые когнитивные функции, такие как запоминание и припоминание, а также принятие решений с опорой на опыт, — утверждает профессор Наврот. — Несмотря на их сравнительно небольшой мозг, они демонстрируют сложные поведенческие паттерны».
У таких беспозвоночных, как насекомые, и у млекопитающих — а следовательно, и у человека — основные принципы, в рамках которых осуществляется необходимая активность нервной системы, во многих отношениях сходны. Это — быстрое сенсорное отражение условий окружающей среды и их оценка, сравнение с приобретённым опытом (и, соответственно, принятие наилучшего варианта поведения из ряда возможных) и, в конечном счёте, физическое выполнение серии поведенческих действий.
15 лет исследований сети головного мозга
Важная область обработки информации в центральной части головного мозга насекомого, известная из-за своей анатомической формы как грибовидное тело, играет ключевую роль в формировании памяти. За последние 15 лет в целом ряде исследований показано, что информация памяти кодируется валентностью сенсорного стимула на выходе из грибовидного тела. Кёльнская команда учёных во главе с профессором Навротом также вносит свой вклад в изучение данной темы, работая в рамках исследовательской группы FOR 2705 «Вскрытие мозговой сети: структура, пластичность и поведенческие функции грибовидного тела дрозофилы», которую с 2018 года финансирует Немецкий исследовательский фонд (German Research Foundation). Насекомые определяют, запоминался ли ими определённый стимул как положительный (например, запах, указывающий на еду) или отрицательный (например, запах таких патогенных субстанций, как содержащиеся в пище вредные бактерии). Кроме того, недавние исследования показали, что вдобавок выходные нейроны грибовидного тела оценивают сенсорные стимулы, имеющие отношение к врождённому поведению, то есть к поведению, которое не зависит от опыта.
Описание новой функции грибовидного тела
Ведущий автор вышеуказанной научной статьи доктор Кансу Арикан описала в ней, как в ходе своих экспериментов измеряла активность выходных нейронов грибовидного тела американского таракана (Periplaneta americana), одновременно снимая на камеру пищевое поведение животного. Это крупное насекомое было выбрано потому, что у него головной мозг гораздо большего размера, чем у плодовой мушки дрозофилы, которая часто используется в фундаментальных исследованиях в качестве модельного организма. Данный выбор сделал возможным осуществлять электронное измерение нейронных сигналов, что позволило одновременно измерять и интерпретировать с высокой временнóй точностью как стимульную активность при различных пищевых запахах, так и нейронные реакции в грибовидном теле — и, в конечном счёте, пищевое поведение животного — как возможную поведенческую реакцию на стимул.
Согласно наблюдениям, проведённым исследовательской группой, выходные нейроны грибовидного тела не только кодируют валентность определённого запаха, например, запаха пищи по сравнению с нейтральным запахом, но, кроме того, формируют на основе этой информации решение об осуществлении соответствующего пищевого поведения. Они принимают поведенческое решение не только на основе информации, заключённой в этой валентности; текущее состояние организма тоже имеет важное значение — например, является ли животное в данный момент голодным или нет. Таким образом, в ходе соответствующего опыта и на основе паттерна нейронной реакции оказалось возможным точно предсказывать, проявит ли животное пищевое поведение примерно через десятую долю миллисекунды.
Исследование проводилось при финансовой поддержке Немецкого исследовательского фонда и сети «iBehave».
