Исследователи Университета Джона Хопкинса разработали способ изучения мозга летучей мыши во время ее полета, впервые записывая, что происходит, когда бродящее животное фокусирует и перефокусирует свое внимание.
Это новаторское достижение позволяет нам увидеть, что происходит в мозгу животных, ведущих естественное поведение, не ограниченных лабораторными ограничениями. Поскольку у летучих мышей такая же основная структура мозга, как и у всех млекопитающих, включая человека, достижение, опубликованное сегодня в журнале eLife, углубляет наше понимание того, что происходит в мозгу, когда мы перемещаемся по миру.
«Если вы хотите понять, как мозг работает в реальном мире, вам нужно, чтобы животное двигалось по миру естественным образом», - сказал соавтор исследования Мелвилл Вольгемут.«Идея записи мозга без проводов совершенно нова. И никто не использовал ее, чтобы понять, как животное воспринимает мир и реагирует на эту информацию».
Чтобы изучить полет летучей мыши, команде сначала понадобилось беспроводное записывающее устройство, которое не утяжеляло бы животное, которое само весит меньше унции.
Такое устройство разрабатывалось около года с помощью сторонней инженерной фирмы, а затем еще год проб и ошибок доводилось до совершенства. Команда также оборудовала «полетную комнату» высокоскоростными камерами и набором микрофонов для приема эхолокационных сигналов летучей мыши.
Ничего из этого не существовало 25 лет назад, когда старший автор Синтия Мосс, профессор психологии и наук о мозге в Университете Джонса Хопкинса, впервые мечтала изучить полет летучей мыши. До сих пор исследователи ограничивались наблюдением за мозгом стационарных животных, занимающихся простым и часто надуманным поведением - например, наблюдением за пикселем на экране компьютера. Они могли бы учиться на мозге неподвижной летучей мыши, но искусственные обстоятельства могут лишь немного рассказать о том, как мозг ведет себя в реальной ситуации.
А в реальном мире летучие мыши и другие животные обычно двигаются.
«Двадцать пять лет назад я разговаривал с коллегой о регистрации нейронной активности свободно летающей летучей мыши, и он посмотрел на меня так, будто у меня две головы», - сказал Мосс. «Чтобы это стало возможным, потребовались большие усилия и технологический прогресс».
Команда Университета Джона Хопкинса является одной из первых в мире, кто записал активность мозга с помощью беспроводных технологий, и первой, кто сделал это, когда животное перемещалось в пространстве, переключая свое внимание с объекта на объект. Летучие мыши производят высокочастотные звуки, которые отражаются от объектов, и они слушают эхо, чтобы «увидеть», где находятся объекты в окружающей среде.
Команда в конечном итоге смогла объединить данные о местонахождении летучей мыши, времени вокализации летучей мыши и мозговой активности летучей мыши, чтобы определить, какие объекты вызывают возбуждение нейронов и, следовательно, на что летучая мышь обращала внимание..
По мере того как летучая мышь фокусировалась на объектах, исследователи наблюдали всплески активности в определенных клетках среднего мозга - то, что, вероятно, произойдет, когда любое животное, включая человека, переключит внимание.
«Мы можем видеть, как движущееся животное взаимодействует с объектами, точно так же, как человек, идущий по лесу», - сказал Вольгемут.
Наконец-то наблюдение активности мозга у свободно двигающегося животного стало монументальным событием для авторов, которые видят большой потенциал в использовании этой техники для будущих исследований.
«Увидеть сигналы в мозгу, когда животное действительно смотрит на что-то, а затем увидеть активацию нейрона, было для меня Святым Граалем», - сказал соавтор Нинад Котари, аспирант. «По мере того, как это исследование продвигается вперед, мы можем брать информацию, которую мы получаем от животных, таких как летучие мыши, мыши и совы, и переводить ее на человеческий язык, чтобы потенциально помочь людям с дефицитом внимания».