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.
