Вид тропической бабочки с необычно расширенными структурами мозга демонстрирует захватывающую мозаичную картину нейронного расширения, связанную с когнитивными инновациями.
Исследование, опубликованное в Current Biology , изучает нейронные основы поведенческих инноваций у бабочек Heliconius, единственного рода, который, как известно, питается как нектаром, так и пыльцой. В рамках этого поведения они демонстрируют замечательную способность к обучению и запоминанию пространственной информации об источниках пищи — навыки, ранее связанные с расширением структуры мозга, называемой грибовидными телами, отвечающими за обучение и память.
Ведущий автор, доктор Макс Фарнворт из Школы биологических наук Университета Бристоля, пояснил: «Существует огромный интерес к тому, как больший мозг может поддерживать улучшенное познание, поведенческую точность или гибкость. Но во время расширения мозга часто бывает трудно отделить эффекты увеличения общего размера от изменений во внутренней структуре».
Чтобы ответить на этот вопрос, авторы исследования углубились в изменения, произошедшие в нейронных цепях, которые поддерживают обучение и память у бабочек Heliconius. Нейронные цепи очень похожи на электрические цепи, поскольку каждая клетка имеет определенные цели, с которыми она соединяется, и собирает сеть со своими связями. Затем эта сеть вызывает определенные функции, создавая схему.
Благодаря детальному анализу мозга бабочки команда обнаружила, что определенные группы клеток, известные как клетки Кеньона, расширялись с разной скоростью. Это изменение привело к модели, называемой мозаичной эволюцией мозга, где некоторые части мозга расширяются, а другие остаются неизменными, аналогично мозаичным плиткам, которые все сильно отличаются друг от друга.
Доктор Фарнворт объяснил: «Мы прогнозируем, что, поскольку мы видим эти мозаичные паттерны нейронных изменений, они будут связаны с определенными сдвигами в поведенческих характеристиках — в соответствии с рядом экспериментов по обучению, которые показывают, что Heliconius превосходят своих ближайших родственников только в очень определенных контекстах, таких как долговременная зрительная память и обучение моделям».
Чтобы питаться пыльцой, бабочкам Heliconius нужны эффективные пути питания, поскольку пыльцевые растения встречаются довольно редко.
Руководитель проекта и соавтор, доктор Стивен Монтгомери, сказал: «Вместо того чтобы следовать случайному маршруту поиска пищи, эти бабочки, по-видимому, выбирают фиксированные маршруты между цветочными ресурсами — сродни автобусным маршрутам. Процессы планирования и запоминания, необходимые для этого поведения, выполняются совокупностями нейронов внутри грибовидных тел, поэтому нас так интересует внутренняя схема на протяжении всего этого».
«Наши результаты показывают, что определенные аспекты этих цепей были изменены, чтобы обеспечить расширенные возможности бабочек Heliconius».
Это исследование вносит вклад в понимание того, как нейронные цепи изменяются, отражая когнитивные инновации и изменения. Изучение нейронных цепей в поддающихся изучению модельных системах, таких как насекомые, обещает раскрыть генетические и клеточные механизмы, общие для всех нейронных цепей, тем самым потенциально сокращая разрыв, по крайней мере на механистическом уровне, с другими организмами, такими как люди.
Заглядывая вперед, команда планирует исследовать нейронные цепи за пределами центров обучения и памяти мозга бабочки. Они также стремятся повысить разрешение своего картирования мозга, чтобы визуализировать, как отдельные нейроны соединяются на ещё более гранулярном уровне.
Доктор Фарнворт сказал: «Меня действительно заворожил тот факт, что мы видим столь высокую степень консерватизма в анатомии и эволюции мозга, но при этом наблюдаются очень заметные, но отчетливые изменения».
«Это действительно захватывающий и прекрасный пример слоя биоразнообразия, который мы обычно не видим, многообразия мозговых и сенсорных систем, а также способов, с помощью которых животные обрабатывают и используют информацию, предоставляемую окружающей их средой», — заключил доктор Монтгомери.
Контакты, администрация и авторы
