Вы не торопитесь с кормлением своего питомца? Флаффи и Фидо следят за вами - и они могут сказать, когда вы бездельничаете.
Новое исследование, проведенное Северо-Западным университетом, обнаружило одно из самых явных доказательств того, что животные могут судить о времени. Изучая медиальную энторинальную кору головного мозга, исследователи обнаружили ранее неизвестный набор нейронов, которые включаются, как часы, когда животное ждет.
«Знает ли ваша собака, что вам потребовалось в два раза больше времени, чтобы добыть для нее еду, чем вчера? На этот вопрос раньше не было хорошего ответа», - сказал Дэниел Домбек, который руководил исследованием.«Это один из самых убедительных экспериментов, показывающий, что животные действительно имеют явное представление о времени в своем мозгу, когда им предлагают измерить временной интервал».
Исследование было опубликовано на этой неделе в журнале Nature Neuroscience. Домбек - адъюнкт-профессор нейробиологии в Северо-Западном колледже искусств и наук им. Вайнберга.
При планировании исследования команда Домбека сосредоточилась на медиальной энторинальной коре, области, расположенной в височной доле мозга, которая связана с памятью и навигацией. Поскольку эта часть мозга кодирует пространственную информацию в эпизодических воспоминаниях, Домбек предположил, что эта область также может отвечать за кодирование времени.
«Каждое воспоминание немного отличается», - сказал Джеймс Хейс, научный сотрудник лаборатории Домбека. «Но у всех эпизодических воспоминаний есть две центральные особенности: пространство и время. Они всегда происходят в определенной среде и всегда структурированы во времени."
Чтобы проверить свою гипотезу, Домбек и Хейс поставили эксперимент под названием виртуальная задача «дверной стоп». В эксперименте мышь бежит по физической беговой дорожке в среде виртуальной реальности. Мышь учится бежать по коридору к двери, которая находится примерно на полпути вниз по дорожке. Через шесть секунд дверь открывается, позволяя мыши пройти дальше по коридору, чтобы получить свою награду.
После проведения нескольких тренировок исследователи сделали дверь невидимой в сцене виртуальной реальности. В новом сценарии мышь по-прежнему знала, где находится теперь невидимая «дверь», основываясь на меняющихся текстурах пола. И он все еще ждал шесть секунд у «двери», прежде чем резко помчаться по дорожке, чтобы забрать свою награду.
«Важным моментом здесь является то, что мышь не знает, когда дверь открыта или закрыта, потому что она невидима», - сказал Хейс, первый автор статьи. «Единственный способ, которым он может эффективно решить эту задачу, - это использовать внутреннее чувство времени своего мозга».
Используя виртуальную реальность, Домбек и его команда могут аккуратно контролировать потенциально влияющие факторы, такие как звук открываемой двери. «Мы не смогли бы сделать дверь полностью невидимой в реальной среде», - сказал Домбек. «Животное могло потрогать его, услышать, понюхать или каким-то образом ощутить. Им не нужно было бы судить о времени, они бы просто почувствовали, когда дверь открылась. В виртуальной реальности мы можем убрать все сенсорные сигналы».
Но Домбек и его команда сделали больше, чем наблюдали, как мыши снова и снова выполняли задание по закрытию двери. Они продвинулись в эксперименте еще на один шаг вперед, визуализируя активность мозга мышей. С помощью двухфотонной микроскопии, позволяющей получать изображения головного мозга с высоким разрешением, Домбек и Хейс наблюдали за возбуждением нейронов у мышей.
«По мере того, как животные бегут по дорожке и добираются до невидимой двери, мы видим активацию клеток, которые контролируют пространственное кодирование», - сказал Домбек. «Затем, когда животное останавливается у двери, мы видим, что эти клетки выключаются, а новый набор клеток включается. Это было большим сюрпризом и новым открытием."
Домбек отметил, что эти «датчики времени» не срабатывают во время активного бега, а только во время отдыха. «Клетки не только активны во время отдыха, - сказал он, - но они фактически кодируют, сколько времени животное отдыхало».
Смысл работы выходит далеко за рамки вашего нетерпеливого пса. Теперь, когда исследователи обнаружили эти новые нейроны, кодирующие время, они могут изучить, как нейродегенеративные заболевания могут повлиять на этот набор клеток.
«Пациенты с болезнью Альцгеймера особенно забывают, когда что-то произошло во времени», - сказал Хейс. «Возможно, это потому, что они теряют некоторые из основных функций энторинальной коры, которая является одной из первых областей мозга, пораженных болезнью».
«Таким образом, это может привести к новым тестам раннего обнаружения болезни Альцгеймера», - добавил Домбек. «Мы могли бы начать просить людей оценить, сколько времени прошло, или попросить их ориентироваться в среде виртуальной реальности - по сути, заставить человека выполнить задачу «закрыть дверь»».