Исследователи из США и Японии с помощью дифузионно-взвешенной магнитной томографии исследовали зрительную кору четырех видов приматов и шести видов млекопитающих, не относящихся к приматам, чтобы найти там вертикальный затылочный пучок — тракт белого вещества, обнаруженный ранее у других видов обезьян. Пучок удалось визуализировать в мозге всех исследуемых приматов, но в мозге других млекопитающих найти не удалось. Вероятно, наличие пучка может быть уникальной чертой приматов. Исследование опубликовано в Current Biology.
В зрительной системе приматов есть вертикальный затылочный пучок (VOF) — проводящий путь белого вещества, соединяющее дорсальную и вентральную части зрительной коры, одна из которых, как считается, отвечает за пространственную обработку, а другая — за обработку объектов. Ранние исследования обнаружили VOF у людей, макаков-резусов, шимпанзе, гиббонов, мартышек и верветок. Однако неизвестно, уникален ли VOF для приматов, или это особенность мозга всех млекопитающих.
Чтобы разобраться в этом, исследователи из США и Японии под руководством Хиромасы Такемуры (Hiromasa Takemura) из Национального института физиологических наук в Оказаки получили данные диффузионно-взвешенной магнито-резонансной томографии (dMRI) ex vivo от четырех видов приматов и шести видов других млекопитающих. Сначала ученые выделяли основной зрительный тракт белого вещества, гомологичный геникулостриатному пути (optic radiation, OR) человека, соединяющему латеральное коленчатое ядро и первичную зрительную кору. Затем они пытались идентифицировать VOF — то есть пучки белого вещества, поверхностно прилегающие и перпендикулярные OR.
В мозге тонкинского гульмана (Trachypithecus francoisi) и черного ревуна (Alouatta caraya) из подотряда сухоносых обезьян (Haplorrhini), к которому относится и человек, ученые быстро идентифицировали OR, а затем и вертикально ориентированную листовидную структуру белого вещества — VOF. Дорсальный конец VOF у гульмана располагался рядом с верхней височной бороздой, а вентральный — с затылочно-височной бороздой (также, как у макак и верветок). Также вертикальный затылочный пучок идентифицировался в мозге кошачьего лемура (Lemur catta) и южного галаго (Galago moholi) — приматов, относящихся к подотряду мокроносых обезьян (Strepsirrhini). В случае лемура искомый тракт визуализировался хорошо — он располагался латерально вблизи поверхности OR и был вертикально ориентирован. В мозге галаго аналогичный участок тоже был заметен, однако не так хорошо — отчасти из-за более низкого качества МРТ-изображения. VOF лемура и галаго напоминали VOF мартышек. Полученные результаты указывали на то, что принцип организации затылочного белого вещества, включая VOF, сохраняется у всех приматов.
Далее исследователи искали VOF в мозге других млекопитающих, родственных приматам, из надотряда Euarchontoglires. В частности, они исследовали зрительную кору малайской тупайи (Tupaia belangeri) и трех видов грызунов — суслика, крысы и паки. В мозге тупайи и суслика хорошо визуализировался OR, однако латеральнее него не было обнаружено белого вещества, ориентированного вертикально, который можно было идентифицировать как VOF. У крысы и паки OR визуализировался не так четко, и признаков наличия VOF также не было. Чтобы обойти ограничения dMRI, ученые применили трехмерную визуализацию в поляризованном свете для изучения зрительной коры крыс. Этот метод позволяет определить ориентацию волокон в головном мозге и предоставляет данные в микрометровом разрешении. Но и так обнаружить в мозге крысы признаки белого вещества, перпендикулярного OR, у исследователей не вышло.
Также авторы заглянули в мозг двух более крупных и хищных млекопитающих — хорька и лисицы. Филогенетически они дальше от приматов, чем грызуны, однако их мозг развит лучше, и схожие структуры в нем могли бы возникнуть благодаря конвергентной эволюции (если не были унаследованы от последнего общего предка). Как и в случае с грызунами и тупайей, OR хорошо идентифицировался как у хорьков, так и у лисиц. В мозге хорька латеральнее OR визуализировались структуры, напоминающие VOF приматов, однако они, по всей видимости, относились к серому веществу, а не к белому. В мозге лисицы были видны U-образные волокна, связанные с отдельными бороздами, однако они не были похожи на те пучки белого вещества, которые обнаруживаются в мозге приматов.
Таким образом, авторы не нашли свидетельств наличия VOF ни у одного из изученных видов, не относящихся к приматам, и заключили, что эта структура уникальна для мозга приматов. Альтернативным объяснением может быть то, что у других млекопитающих (особенно небольших грызунов) этот пучок слишком мал, и поэтому не визуализируется, или организован принципиально иным образом. Возможно, например, что гомологичные аксональные пути у грызунов проходят через серое, а не белое вещество. Что касается приматов, у которых обнаружен VOF, это исследование добавило к ним еще четыре вида, причем два из них — лемур и галаго — филогенетически сильнее удалены от человека и относятся к другому подотряду. И, хотя пространственная геометрия VOF варьируется у разных видов приматов, его топология и связь с другими участками серого и белого вещества схожи с человеческими.
Ученые также предположили, что, если VOF на самом деле уникален для приматов, он мог эволюционировать, чтобы служить хватательному поведению, позволяя приматам интегрировать визуальную информацию о форме и пространстве. Это могло бы облегчить хватание за ветки деревьев, поиск спелых фруктов или поимку насекомых. Однако, поскольку некоторые другие млекопитающие, в том числе исследованные в этой работе, тоже способны использовать конечности для хватания или лазания, авторы предположили, что VOF вряд ли был утрачен в процессе эволюции млекопитающих, а скорее всего возник независимо у приматов.
Ранее в экспериментах на макаках-крабоедах американские исследователи показали, что в первичной зрительной коре нет нейронов, которые избирательно обрабатывают разные стимулы — цвет и форму и ориентацию объектов. С помощью кальциевой визуализации ученые выяснили, что как цвет, так и форму и ориентацию предметов могут обрабатывать одни и те же группы нейронов.