Nature: Ученые подсмотрели, как дерущиеся мухи фокусируются на противнике

В лаборатории Рубина в исследовательском кампусе Janelia при HHMI изучают, как агрессия влияет на зрение у самок плодовых мушек, а старшему руководителю группы Джерри Рубину не слишком важен конкретный ответ.

Вместо этого он просто хочет убедиться, что инструменты нейронаучных исследований, на создание которых он потратил последнее десятилетие, достаточны для раскрытия глубинных механизмов.

Постдок Кэти Шреттер, напротив, заинтересована в том, чтобы понять, как нейроны в мозге мухи работают вместе, помогая ей сосредоточиться на противнике, — информация, которая позволит Шреттер продолжить работу над вопросами о том, как регулируется социальное поведение.

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature под руководством Рубина и Шреттера, удовлетворяет обоим мотивам: в нем используются новаторские инструменты, разработанные в Janelia, чтобы показать, как регулируется зрение агрессивных самок плодовых мушек, чтобы они могли сосредоточиться на главном. Используя коннектом плодовой мушки — электрическую схему всех нейронов мозга и их связей — и генетически модифицированных мушек, исследователи выяснили, как нейроны и схемы насекомых работают вместе, чтобы гибко управлять визуальной информацией в различных ситуациях.

Выяснение того, как такое социальное поведение, как агрессия, контролирует зрение у плодовых мушек на уровне нейронов и цепей, может дать представление об аналогичных механизмах у других животных, включая человека. Расширение знаний о связи между сенсорной информацией и социальным поведением потенциально может помочь ученым лучше понять и лечить нервно-психические и нейроразвивающие расстройства.

Понимание и моделирование того, как поступают мультисенсорные сигналы и как они интегрируются в социальное поведение, позволяет проводить будущие исследования на других видах и может способствовать открытию конкретных мишеней для лечения, — говорит Шреттер.

Фокус на боевых мухах

Ранее исследователи выявили группу нейронов, которые способствуют агрессии у самок плодовых мушек, заставляя их драться, и обнаружили, что эти нейроны пересекаются с путями, передающими визуальную информацию. Это послужило отличной отправной точкой для того, чтобы использовать коннектомы для изучения нейронов и цепей, с помощью которых мозг мухи регулирует свое визуальное внимание в зависимости от текущих потребностей.

Подобно тому, как при движении по оживленному шоссе мы должны обращать внимание на автомобили вокруг нас, а не на пейзаж, самки мух в состоянии агрессии должны обращать внимание на ближайшую муху, с которой они собираются сражаться, а не, скажем, оглядываться в поисках пищи.

Используя коннектом плодовой мушки, разработанный исследователями Janelia и их коллегами, команда обнаружила, как нейроны, стимулирующие агрессию, связаны с нейронами, регулирующими визуальный вход. Это позволяет предположить, что нейроны агрессии регулируют поток визуальной информации, чтобы муха могла сосредоточиться на главном.

Вооружившись этими знаниями, исследователи использовали генетически модифицированных плодовых мушек, разработанных Рубином и другими сотрудниками Janelia, для включения или выключения различных нейронов, чтобы выяснить, как происходит эта регуляция.

Команда обнаружила, что нейроны агрессии используют три разных механизма для регуляции зрения. Один контур содержит возбуждающие входы, которые интегрируют как специфические визуальные признаки, так и внутреннее состояние мухи. Другой контур модулирует информацию, поступающую из зрительной доли мухи, а третий механизм служит тумблером, увеличивая передачу визуальной информации от одного подмножества нейронов и уменьшая передачу от другого.

Эти многочисленные механизмы дают мухе свободу и гибкость в регулировании своего внимания к различным частям зрительного окружения в зависимости от контекста. Команда также обнаружила, что аналогичные схемы активны у самцов плодовых мушек во время ухаживания, что говорит о том, что различные виды социального поведения могут иметь общие механизмы.

Помимо понимания того, как агрессия влияет на зрение, новая работа обеспечивает основу для использования коннектома для идентификации нейронов и цепей, лежащих в основе социального поведения, — информацию, которую было бы трудно получить без электрической схемы.

Для Шреттера это исследование является отправной точкой для дальнейших исследований того, как факторы окружающей среды формируют поведение.

Для меня, как для бихевиориста, эти главные вопросы, которые я задавал себе, поступая в аспирантуру и постдок, — как сенсорная информация и внутренние факторы регулируют поведение, все эти вопросы — теперь могут быть изучены на немыслимом ранее уровне, — говорит Шреттер.

Теперь у нас есть инструменты, чтобы очень точно их решить.

Для Рубина новая работа дает ощущение завершенности. Теперь, когда он воочию убедился, что созданные им инструменты работают, он переключает свое внимание на другие исследовательские проекты.

Это показывает, что люди могут выполнять одну и ту же работу, руководствуясь совершенно разными мотивами, а результат может побудить их двигаться в совершенно разных направлениях, — говорит Рубин.

Ранее ученые уже выясняли на примере дрозофил подробности механизма агрессии у животных.

13.12.2024