Мозг бабочки демонстрирует изменения, необходимые для когнитивных инноваций
Увлекательная мозаичная картина нейронного поведения у тропического вида бабочек с необычно расширенными мозговыми структурами связана с когнитивными инновациями. Исследование, опубликованное в Current Biology, углубляется в нейронные основы поведенческих инноваций у бабочек Heliconius. Эти бабочки, единственный род, который, как известно, питается как нектаром, так и пыльцой, демонстрируют замечательную способность к обучению и запоминанию пространственной информации об источниках пищи.
Эту способность связывают с расширением структуры мозга, называемой грибовидными телами, которые отвечают за обучение и память.
«Существует огромный интерес к тому, как более крупный мозг может поддерживать улучшенное познание, поведенческую точность или гибкость. Но во время расширения мозга часто бывает трудно отделить эффекты увеличения общего размера от изменений во внутренней структуре», — объяснил ведущий автор доктор Макс Фарнворт из Школы биологических наук Университета Бристоля.
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи углубились в изменения в нейронных цепях, которые поддерживают обучение и память у бабочек Heliconius. Нейронные цепи аналогичны электрическим цепям, где каждая клетка формирует определенные связи и создает сеть для выявления определенных функций посредством цепей.
Проведя детальный анализ мозга бабочки, команда ученых выявила различные скорости расширения среди определенных групп клеток, известных как клетки Кеньона. Эта изменчивость привела к паттерну, называемому мозаичной эволюцией мозга, где некоторые области мозга расширяются, а другие остаются неизменными, подобно мозаичным плиткам, отличающимся друг от друга.
«Мы прогнозируем, что, поскольку мы видим эти мозаичные паттерны нейронных изменений, они будут связаны с определенными сдвигами в поведенческих характеристиках — в соответствии с рядом экспериментов по обучению, которые показывают, что Heliconius превосходят своих ближайших родственников только в очень определенных контекстах, таких как долговременная зрительная память и обучение шаблонам», — пояснил Макс Фарнворт.
Бабочки Heliconius должны установить эффективные маршруты питания из-за дефицита пыльцевых растений. Это исследование значительно расширяет понимание того, как нейронные цепи адаптируются для управления когнитивными инновациями.
Изучая нейронные цепи в легко изучаемых модельных системах, таких как насекомые, мы можем раскрыть генетические и клеточные механизмы, которые являются общими для всех нейронных цепей. Это может сократить разрыв, по крайней мере на механистическом уровне, с другими организмами, включая людей.
В будущем команда ученых намерена расширить свое исследование нейронных цепей за пределы центров обучения и памяти мозга бабочки. Они также планируют повысить разрешение картирования мозга, чтобы визуализировать, как отдельные нейроны соединяются на еще более детальном уровне.
«Меня действительно заворожил тот факт, что мы видим столь высокую степень консерватизма в анатомии и эволюции мозга, но при этом наблюдаем очень заметные и отчетливые изменения», — сказал Макс Фарнворт.
«Это действительно захватывающий и прекрасный пример слоя биоразнообразия, который мы обычно не видим, многообразия мозговых и сенсорных систем, а также способов, с помощью которых животные обрабатывают и используют информацию, предоставляемую окружающей их средой».