Электрические рыбы генерируют электрические импульсы, чтобы общаться с другими рыбами и ощущать их окружение. Некоторые виды излучают более короткие электрические импульсы, а другие - длинные. Но вся эта молния в воде может сбить с толку. Рыбам необходимо фильтровать собственные импульсы, чтобы они могли распознавать внешние сообщения и реагировать только на эти сигналы.
Решением этой проблемы является функция мозга, называемая следствием разряда. Это что-то вроде негативной копии исходного сообщения - что-то, что говорит рыбе: не обращайте внимания на это.
Но мозг животного не должен блокировать сенсорные входы в течение всего сообщения, чтобы эффективно игнорировать собственный сигнал, согласно новому исследованию биологов из Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
Вместо этого тормозящий сигнал – призыв игнорировать – задерживается у рыб, которые общаются с помощью более длинных электрических импульсов, по сравнению с теми, которые используют более короткие импульсы.
«У рыб, которые общаются с помощью более длинных импульсов, сенсорные реакции на их собственный пульс задерживаются», - сказал Брюс Карлсон, профессор биологии в области искусств и наук. «Таким образом, отсроченный последующий разряд оптимальным образом блокирует электросенсорные реакции на собственный сигнал рыбы».
Карлсон и Матасабуро Фукутоми, научный сотрудник его лаборатории, опубликовали свое новое исследование африканских мормировых слабоэлектрических рыб в Journal of Neuroscience.
Короткий, четко определенный период ингибирования не позволяет электрическим рыбам упускать другие важные внешние сигналы, сказал Карлсон.
Отключение со сдвигом во времени
Ученым известно о побочных разрядах с 1950-х годов. Спустя десятилетия последующие разряды были обнаружены у многих различных видов и сенсорных систем, но оставалось неизвестным, как эти разряды модифицировались по мере развития коммуникационных сигналов..
Предыдущая работа по последующему разряду у электрических рыб проводилась с видами, которые общаются с помощью коротких электрических импульсов длительностью менее 1 миллисекунды.
В своем новом исследовании Карлсон и Фукутоми включили этих рыб и пять дополнительных видов, которые общаются с помощью электрических импульсов длительностью от 0,1 до 10 миллисекунд.
«Мы обнаружили, что сенсорные нейроны реагируют спайками в узком временном окне независимо от длительности импульса», - сказал Фукутоми. «Эти всплески возникали в определенной части самогенерируемого импульса, в первом пике импульса. Кроме того, мы сравнили временной ход между последующим торможением разряда и импульсом и обнаружили, что сдвинутое во времени торможение перекрывает первый пик. электрического импульса.
«Ингибирование со сдвигом во времени является разумным изменением, потому что более продолжительное торможение привело бы к излишне длительному периоду нечувствительности», - сказал он. «Я впечатлен тем, что есть решение, которое имеет больше смысла в реальных организмах, чем мы могли ожидать».
Новые результаты имеют более широкое значение для понимания эволюции мозга.
«Несмотря на сложность совместной работы сенсорной и двигательной систем для решения проблемы отделения собственных сигналов от внешних, кажется, что принцип очень прост», - сказал Карлсон. «Системы разговаривают друг с другом. Каким-то образом они приспосабливаются даже к широко распространенным, резким изменениям сигналов за короткие периоды эволюционного времени».
В рамках продолжающихся исследований Карлсон и Фукутоми работают над тем, чтобы точно определить место в цепи мозга, где регулируется задержка, и как осуществляется эта корректировка. Они также изучают, как меняется задержка ингибирования в течение индивидуальной жизни рыбы.
Исследователи также недавно стали соавторами новой обзорной статьи о вкладе электрических рыб в изучение следственного разряда в Frontiers in Integrative Neuroscience.
Несмотря на то, что люди не в состоянии генерировать электрические поля, исследования разрядов у электрических рыб позволили сделать выводы, важные как для медицины, так и для фундаментальной науки. Дисфункция вторичных выделений может быть связана с психическими заболеваниями, такими как, например, шизофрения у людей.
«Я люблю странных существ, в том числе электрических рыб», - сказал Фукутоми. «Мы можем чувствовать электричество только как боль, но мы никогда не чувствуем электричество, как рыба.
«Удивительно, но электросенсорные системы имеют много общего с другими сенсорными системами», - сказал он. «Я очень рад изучать этих рыб».