Ученые из института Макса Планка на модельных рыбках данио рерио определили нейронную сеть, которая позволяет рыбкам узнавать своих сородичей и реагировать на них. Это самая основа любого социального поведения. В мозге человека есть аналогичная нейронная сеть, и теперь можно попытаться построить модель формирования социума, начиная с самого базового уровня.
Люди, как известно, социальные животные. Но не только они. Есть стада млекопитающих, стаи птиц или косяки рыб. Как мозг животного распознает других животных своего вида?
Ученые из Института биологического интеллекта имени Макса Планка изучают этот процесс у молодых рыбок данио. Нейробиологи обнаружили нейронную цепь, которая отвечает за распознавание животных своего вида. Этот специализированный путь идет от сетчатки вглубь мозга - к таламусу.
Обычно идентификация своих происходит за доли секунды, практически инстинктивно. Однако выявить нейронные цепи, лежащие в основе такого поведения, оказалось совсем непросто.
Свой среди своих
Ученые разработали экспериментальную установку виртуальной реальности для рыбок данио, которая имитирует их сородичей. Оказалось, все, что нужно, — это спроецированная на экран точка, которая — и это важно — перемещается по дисплею характерными рывками, что типично для плавающих рыбок данио.
Животные сразу реагируют на такой сигнал и следуют за ним часами, принимая движущуюся точку за настоящую рыбку. Таким образом, исследователи обнаружили визуальный стимул, который вызывает стайное поведение.
После этого команда исследовала нейронную обработку стимула. Эксперименты показали, что движущаяся точка активирует набор нейронов в определенной области мозга - таламусе. Та же область активируется, когда рядом проплывает реальная рыбка данио.
«Таламус — это сенсорный центр управления мозгом, который интегрирует и передает сенсорные данные», — объясняет руководитель проекта Йоханнес Ларш. Сенсорная информация обрабатывается уже на пути к таламусу, сначала в сетчатке, а затем в главном зрительном центре мозга позвоночных.
Связь между зрительной системой и областями социального поведения
Нервные клетки, обнаруженные исследователями в таламусе, соединяют зрительную систему рыбок данио с другими областями мозга, которые активны во время социального поведения.
«Мы уже знали, что эти другие области мозга играют роль в управлении социальным поведением. Однако визуальные стимулы, которые их активируют, были неизвестны. Наша работа выявила нейронные пути, передающие сигналы», — говорит Ларш.
Важность этих нейронов была подтверждена, когда исследователи специально заблокировали их работу. Рыбки данио сразу потеряли интерес к сородичам, а также к движущимся точкам и уже не следовали за ними.
Йоханнес Каппель, аспирант и ведущий автор исследования говорит: «У людей тоже есть таламус, и многие нейронные процессы сохранились в ходе эволюции. У нас также есть области мозга, которые активны, когда мы воспринимаем движения лица или тела, но значение этих областей для социального поведения пока не изучено».
Выяснение связей между нейронными процессами и социальным поведением очень важно, потому что позволяет на базовом уровне строить модели для исследования социального поведения и социальной адаптации, в том числе для людей.