Исследователи из Sainsbury Wellcome Center и Gatsby Computational Neuroscience Unit в UCL обнаружили механизм мозга, который мыши используют, чтобы инстинктивно убежать в укрытие при столкновении с угрозой. Это первый случай, когда нейробиологи смогли найти такую четкую связь между пространственными целями и действиями.
Исследование, опубликованное сегодня в Природа, объясняет, как мыши объединяют знания о безопасных местах, чтобы выбрать наиболее эффективный маршрут к укрытию. Нейробиологи обнаружили, что две области мозга мыши, ретросплениальная кора (RSP) и верхнее двухолмие (SC), образуют цепь, которая кодирует направление к укрытию. При столкновении с угрозой схема RSP-SC позволяет мышам точно ориентироваться в укрытии и безопасно убегать.
«Если бы прямо сейчас сработала пожарная сигнализация, вы бы инстинктивно знали, как покинуть комнату в безопасное место. Это потому, что ваш мозг постоянно отслеживает, где находится выход. Это происходит бессознательно, вам не обязательно. Мы хотели понять, как мозг использует такую важную пространственную информацию, чтобы как можно быстрее перемещаться к целевому местоположению», — сказал профессор Тьяго Бранко, руководитель группы в Sainsbury Wellcome Center и соответствующий автор. статьи.
Из предыдущих исследований было известно, что в основе этого процесса лежит память. Некоторые люди с поражением RSP все еще могут помнить знакомые места, но становятся пространственно дезориентированными и теряют способность связывать действие с пространственной целью. Например, они могут знать, где находится дверь, но не знать, какие действия нужно предпринять, чтобы добраться до нее.
Чтобы помочь понять, как мозг использует пространственные воспоминания для управления действиями, лаборатория Бранко использовала миниатюрные электроды, называемые нейропиксельными зондами, для одновременной записи двух областей мозга мыши — RSP и SC — так, чтобы им предъявлялся угрожающий звук. .
«Мы обнаружили, что RSP вычисляет направление укрытия, а затем отправляет эту информацию в SC, который использует это направление для поворота головы мыши. Когда мы нарушили связь между этими двумя областями, лишив RSP связи с SC, мышь, испугавшись, побежала в случайном направлении. Это говорит нам о том, что схема RSP-SC является важным путем для определения того, где находится убежище, и ориентирования в нем», — пояснил профессор Бранко.
«На клеточном уровне связь между RSP и SC организована интеллектуальным образом, что позволяет использовать локальную организацию тормозных и возбуждающих нейронов в SC для внедрения в SC памяти о приюте. В результате клетки коры головного мозга генерируют локальные всплески активности в сети SC, очень похожие на стрелку компаса, постоянно указывающую на убежище, когда мышь исследует окружающую среду. , что, возможно, предлагает сохранившийся план для картографирования направлений в животном мире», — прокомментировал доктор Дарио Кампаньер, исследователь из Sainsbury Wellcome Center и Gatsby Computational Neuroscience Unit и первый соавтор статьи.
Чтобы дополнительно проверить это открытие, нейробиологи включили второе идентичное убежище, но с закрытым входом. Они обнаружили, что RSP представляет собой как закрытое, так и открытое убежище, а SC представляет только открытое убежище. Одно из возможных объяснений состоит в том, что RSP представляет множество возможных целей, и SC выбирает ту, которая наиболее важна для конкретного контекста, в данном случае это открытое убежище, обеспечивающее безопасность.
«Наша работа показывает, как быстрое инстинктивное поведение в качестве бегства от хищников может быть наделено гибкостью. В то время как воля к побегу является врожденной, реализация побега зависит от сигнала пространственной памяти коры, поступающего в SC, чтобы указать, где находится цель. Этот сигнал отображает местоположение убежища в эгоцентрическом пространстве, удобный формат информации для SC, позволяющий быстро ориентироваться в убежище», — сказал доктор Рубен Вейл, главный соавтор статьи.
Следующий вопрос для исследователей — понять, как мозг постоянно обновляет важную пространственную информацию. Команда предполагает, что это связано с комбинацией сенсорных сигналов и сигналов собственного движения, таких как вестибулярная информация. Чтобы исследовать это дальше, нейробиологи из лабораторий Бранко и Маргри в SWC проводят сравнительные исследования на других видах, в том числе на крабах-скрипачах, которые демонстрируют то же поведение, что и мыши, но имеют более простую нервную систему. Это позволит исследователям искать общие принципы того, как разные виды решают эту очень важную проблему.
Это исследование финансировалось стипендией Wellcome Senior Research Fellowship (214352/Z/18/Z) и основным грантом Sainsbury Wellcome Center от Благотворительного фонда Гэтсби и Wellcome (090843/F/09/Z), аспирантуры MRC, Boehringer Ingelheim Funds. Стипендия PhD, Совместная исследовательская стипендия Gatsby Unit/SWC в области неврологии, 4-летняя программа PhD UCL Wellcome в области неврологии, национальная научная стипендия A*STAR и программа PhD SWC.
