Как известно, усы для животных — не только украшение, но и важный орган, позволяющий ориентироваться в пространстве. Учёные заглянули крысам в мозг и увидели, как сигналы вибрисс обрабатываются и складываются в трёхмерную карту окружающего мира, закодированную в активности нервных клеток.
Биологи выяснили, как крысы «видят» усами

Чувствительные усы-вибриссы есть у большинства млекопитающих; животные используют их как органы осязания, чтобы компенсировать неумение видеть в темноте или слабое зрение вообще. Крысы пользуются вибриссами особенно ловко, потому что, в отличие от, например, кошек и собак, умеют шевелить усами; они плохо видят близко расположенные объекты, зато могут ощупывать всё вокруг себя усами. Нейробиологи из Калифорнийского университета в Беркли измерили активность нейронов в областях, связанных с нервами в крысиных усах, и выяснили, как информация, которую мозг получает от нервных окончаний вибрисс, превращается в мозге животного в трехмерную карту окружающего пространства.

Когда ус касается преграды, сигнал по нервам передаётся в так называемые баррельные колонки — группы нейронов соматосенсорной коры, названные так за внешнее сходство с нефтяными цистернами. На каждый из 24 длинных усов на крысиной морде приходится по одной баррельной колонке.

Разбираясь, как тактильные сигналы обрабатываются в мозге крысы, учёные расчитывают понять и человеческое осязание — то, как мы умеем, например, не глядя находить в кармане монеты нужного номинала. Поэтому структура баррельных колонок изучена довольно подробно, равно как и процесс передачи информации от усов к нейронам колонок. А вот то, как крысиный мозг интерпретирует сигналы усов, оставалось загадкой.

Оказалось, что, проходя через слой нейронов колонки, сигнал от вибрисс проходит через подлежащие слои нейронов соматосенсорной коры, видоизменяясь и, по‑видимому, превращаясь из описания импульсов вибрисс в описание окружающего крысу пространства.

Если слой 4, расположенный непосредственно под колонками, принимает сигнал о том, что почувствовал каждый усик, то более глубокие слои 3 и 2 сводит сигналы, полученные от нескольких колонок сразу. Учёные предполагают, что по мере прохождения сигнала через нейроны разных слоёв мозг выполняет логические операции, и получает на выходе трёхмерную карту пространства, окружающего крысиную голову.

Учёные измерили активность нейронов в колонках и в подлежащих слоях нервных клеток у крыс, которые во время эксперимента натыкались усами на специально выставленные учёными преграды. Для этого в соответствующие клетки мозга ввели вещество-индикатор, флюоресцирующее при связывании с ионами кальция. Когда нейрон активируется, концентрация ионов кальция в нём увеличивается, и клетка начинает светиться. Регистрируя это свечение с помощью двухфотонного лазерного микроскопа, позволяющего заглядывать внутрь живых тканей, учёные считали активность нейронов, в том числе и то, как активируются клетки слоёв 3 и 2. Активность этих слоёв — это и есть карта мира, которую мышь создаёт для себя, ощупывая пространство вибриссами, считают биологи.

Возможно, что и в человеческом мозге сигналы, которые нервные окончания кожи передают в мозг, сходным образом обрабатываются и превращаются в пространственную картину мира, считают авторы исследования. Сейчас авторы исследования ищут в крысином мозге участки, в которых происходит дальнейшая обработка информации — группы нейронов, которые отвечают за распознавание отдельных объектов, и поведенческие реакции.

Исследование опубликовано в журнале Neuron.