В мозг летучих мышей встроен глобальный «компас»: он определяет направление одинаково в любом месте, независимо от положения Луны и звезд.
Для первого в своем роде изучения нейробиологических основ работы навигации летучих мышей исследователи из Института Вейцмана снарядили экспедицию на крошечный необитаемых остров у побережья Танзании. Результаты исследования вышли в журнале Science.
«Я искал территорию, достаточно обширную, чтобы выпускать летучих мышей и следить за их навигацией, но не слишком большую, без высоких деревьев и изолированную от другой суши, чтобы мы могли легко поймать мышей снова и восстановить записи об активности их мозга. Можно подумать, что подходящих островов бесчисленное множество, но даже после систематического всемирного поиска мы не могли найти нужный. Ночь за ночью я медленно перемещал курсор по Google Earth в поисках острова посреди океана. Однажды я приблизил регион, который уже просматривал ранее, — и вдруг обнаружил остров Латам», — вспоминает профессор Нахум Улановский с кафедры наук о мозге Института Вейцмана.
Экспедиция за тридевять земель
С собой ученые взяли снаряжение для кемпинга, оборудование для спутниковой связи и множество научных приборов.
«Арендовав здание в центральном ветеринарном институте Танзании, мы отремонтировали его и оборудовали лабораторию. Отобрали шесть местных фруктовых летучих мышей того же вида, которого мы ранее изучали в Израиле, и имплантировали им крошечные устройства, которые записывают активность мозга и передают их местоположение с помощью GPS. Это самое маленькое в мире устройство такого рода, разработанное специально для этого исследования», — рассказывает нейробиолог.
Сначала летучим мышам позволили акклиматизироваться к новой обстановке в полетном шатре. После этого каждую мышь выпускали летать в одиночку на 30–50 минут каждую ночь. Пока мыши летали, исследователи записывали активность более 400 нейронов в глубинных отделах мозга, известных своим участием в навигации.
Они обнаружили, что каждый раз, когда мыши летели головой в определенную сторону — например, на север, — активировалась уникальная группа нейронов, работая как «внутренний компас». Навигация с помощью направленных нейронов наблюдалась ранее в лаборатории, но это было первое доказательство, что это происходит и в природе.
Когда исследователи проанализировали записи с разных частей острова, они обнаружили, что активность клеток направления головы была последовательной и надежной по всему острову, позволяя мышам ориентироваться на большой географической территории.
«Один из главных вопросов в навигации млекопитающих — функционируют ли клетки направления головы как локальный компас или как глобальный, — объясняет Улановский. — Другими словами, всегда ли данная группа клеток указывает в одном и том же направлении — скажем, на север, — или же весь компас переориентируется в зависимости от локального окружения? Мы обнаружили, что компас глобальный и единообразный: где бы мышь ни находилась на острове и что бы она ни видела, конкретные клетки всегда указывают в одном и том же направлении — север остается севером, а юг — югом. Мы также увидели, что когда мышь перемещалась с западного побережья острова на южное, изменение направления береговой линии не нарушало работу компаса. Кроме того, компас оставался точным, даже когда мыши летали с разной скоростью и на разных высотах».
А нам это зачем?
Клетки направления головы — самый базовый навигационный механизм у млекопитающих, появляющийся на самой ранней стадии развития мозга после рождения. Они также эволюционно консервативны и встречаются у видов от мух до грызунов и летучих мышей. У нас никакого компаса нет, хотя схожие нейронные механизмы могли сохраниться. Тем не менее такие исследования имеют практические последствия, уверен Улановский: «Изучение навигации млекопитающих помогает нам строить гипотезы о том, как работают механизмы навигации в человеческом мозге и как они могут нарушаться, например, при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера».
«Мы надеемся, что наше исследование побудит другие группы, как в науках о мозге, так и за их пределами, выводить свои исследования из лаборатории в природу», — заключил он.
Бабочки летят по звездам и магнитному полю во время миграций — открытие
В мозге человека обнаружен нейронный «компас» для ориентации на местности
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram
