Ученые выяснили, как мухи ориентируются в пространстве
Вы хотя бы раз задумывались над тем, как насекомые ориентируются в окружающем пространстве? Не то чтобы это важное для нашего существования знание, но оно позволяет узнать больше о нейрофизиологии низших форм жизни, что в перспективе улучшит системы работы искусственного интеллекта и системы навигации тех же сампоуправляемых роботов и дронов. Так вот, исследователи из Медицинского университета Говарда Хьюза смогли выявить, как ориентируются мухи-дрозофилы. И оказалось это весьма необычно.
Как мухи находят путь
Как сообщается на сайте университета, ученые смогли выяснить, что насекомые составляют, своего рода, «ментальную карту пространства», которая позволяет им уточнять направление движения по мере поступления новых сигналов. Мухи используют визуальные подсказки, чтобы улучшить свои «карты окружающей среды».
Для того, чтобы определить, какими образом мухи ориентируются в пространстве, ученые поместили их на специальный шарик, освещенный черными и синими огнями. Муха была «привязана» для того, чтобы оставаться на одном месте, но при этом насекомые могли двигать лапами и крыльями, чтобы пытаться направиться к ориентиру, который кажется им наиболее привлекательным. Далее ученые регистрировали нейронную активность мух.
Мы смогли, фактически, записать чувство направления насекомых. И с помощью всего лишь нескольких кусочков данных о визуальной информации, мухи могут построить целую карту своего окружения. Такие «пространственные карты» в мозге могут быть адаптированы к новым визуальным объектам, которые появляются в поле зрения. Это удивительное явление, особенно для такой крошечной нервной системы. — говорит Иветт Фишер, сотрудник Медицинского университета Говарда Хьюза и ведущий автор исследования.
Полученные результаты дают новое представление о том, как мозг может построить карту пространства, оставаясь при этом достаточно гибким, чтобы адаптироваться к новым условиям. Эта работа также имеет значение для того, чтобы понять, как другие животные ориентируются в дикой природе: от насекомых, таких как муравьи и навозные жуки, до млекопитающих, таких как мыши, и, возможно, даже люди.
Как выяснили исследователи, у мух есть кольцо из «компасных нейронов» в мозгу, которые отражают ориентацию мухи в пространстве. Когда муха смотрит в определенном направлении, происходит всплеск активности в нейронах где-то вокруг кольца. Когда муха поворачивается, импульс перемещается, чтобы отразить новую ориентацию головы мухи. Это похоже на то, как стрелка компаса вращающаяся, чтобы постоянно указывать на север.
Эти компасные нейроны реагируют на поворот мухи даже в кромешной темноте, но добавление визуальных сигналов дает мухам еще лучшее чувство направления. Вопрос в том, как компас удерживает два источника информации, повороты и визуальные сигналы, в полной синхронизации друг с другом. Одно из предлагаемых объяснений состоит в том, что каждый зрительный нейрон касается каждого компасного нейрона. Эти связи и создают карту в мозгу мухи. Многократное наблюдение ориентира в определенном месте усиливает связи между нейронами.
Чтобы проверить свои догадки, на «арену» насекомым добавили еще один источник света. Тогда активность мозговой карты изменилась — ее направление периодически переворачивалось на 180 градусов, так как муха не могла определить, в каком направлении ей стоит лететь.
Но через какое-то время все пришло в норму и насекомое выбрало для себя объект, к которому хотело бы направиться. Ученые говорят, что эти изменения происходят в течение нескольких минут и соответствуют временным рамкам, которые мы субъективно ощущаем, когда приходим в неизвестную нам среду и исследуем ее.
Связь становится сильнее, когда муха повторяет этот опыт, укрепляя связи между нейронами с течением времени. — говорят ученые.
Как уже было сказано, подобное исследование поможет не только лучше изучить физиологию насекомых и других представителей фауны, но и улучшить алгоритмы навигации роботов, самоуправляемых дронов и системы, которые занимаются построением карт ландшафта.