Пир или корм: исследование находит схему, которая помогает мозгу принимать решения


Нейробиологи Массачусетского технологического института открыли элегантную архитектуру фундаментальной мозговой цепи принятия решений, которая позволяет C. elegans червь либо добывает себе пищу, либо останавливается, чтобы полакомиться, когда находит источник. Способная интегрировать несколько потоков сенсорной информации, схема задействует всего несколько ключевых нейронов для поддержания длительного поведения и при этом гибко переключается между ними в зависимости от условий окружающей среды.

«Для червя-фуражира решение бродить или жить – это то, что сильно повлияет на его выживание». сказал старший автор исследования Стивен Флэвелл, адъюнкт-профессор по развитию карьеры Lister Brothers в Институте обучения и памяти Пикауэра и Департаменте мозговых и когнитивных наук в Массачусетском технологическом институте. «Мы думали, что изучение того, как контролирует этот важный процесс принятия решений, может раскрыть фундаментальные элементы схемы, которые могут быть задействованы в мозге многих животных».

По словам Флавелла, этот подход к изучению простых беспозвоночных для получения базового представления о том, как функционирует мозг, имеет давнюю традицию в нейробиологии. Например, исследования того, как нерв кальмара передает электрические импульсы, привели к ключевому открытию, объясняющему, как мозга активируются практически у всех животных.

Хотя критический компонент схемы мозга, идентифицированный Флавеллом и его коллегами, может показаться простым теперь, когда он был обнаружен, найти его было совсем непросто. Ведущий автор Ни Джи, постдок лаборатории Флэйвелла, использовал несколько передовых технологий, в том числе одно из собственных изобретений лаборатории, чтобы понять это. Результаты ее и ее соавторов публикуются в журнале. электронная жизнь.


Отслеживание мышления

C. elegans является популярной моделью в нейробиологии, потому что в ней всего 302 нейрона, а «схема соединений» или коннектом полностью нанесена на карту. Но даже в этом случае очень плотная и перекрывающаяся взаимосвязь между этими нейронами, а также их способность передавать друг другу сигналы с помощью химических веществ, называемых нейромодуляторами, означает, что вряд ли можно просто взглянуть на коннектом и различить, как он переключается между различными состояниями поведения.

Чтобы идентифицировать функциональные схемы среди этой сети связей, лаборатория Флавелла разработала новый микроскоп, способный отслеживать движения червей, тем самым постоянно визуализируя активность нейронов в мозгу червя, на что указывают вспышки света, вызванные кальцием. Джи использовал прицел, чтобы сосредоточиться на 10 взаимосвязанных нейронах, участвующих в поиске пищи, отслеживая их паттерны нейронной активности, связанные с поведением в роуминге или жилище.

Джи и соавторы обучили программное обеспечение, которое настолько хорошо изучило закономерности, что только на основе нейронной активности могло предсказать поведение червя с точностью 95%. Анализ выявил квартет нейронов, активность которых была конкретно связана с роумингом. Другой ключевой паттерн состоял в том, что переход от блуждания к остановке для пребывания всегда следует за активацией нейрона, называемого NSM. Лаборатория Флэйвелла ранее показала, что NSM может определять присутствие недавно принятой пищи и испускать нейромодулятор, называемый серотонином, чтобы сигнализировать другим нейронам, чтобы они замедлили движение червя в питательной области.

Взаимный антагонизм