Мыши, в отличие от кошек и собак, могут шевелить усами, чтобы составить карту своего окружения, так же, как люди используют свои пальцы, чтобы построить трехмерное изображение затемненной комнаты.
Исследователи Калифорнийского университета в Беркли впервые реконструировали карту усов, которую мышь создает для своего окружения, чтобы ориентироваться в своем мире, ловить насекомых и избегать кошек.
Это не типичные карты мозга, которые показывают, какие клетки мозга активируются, когда дергается тот или иной ус, или, у людей, так называемая карта гомункула в коре человеческих рецепторов осязания на коже.
«Это не карта тела, а пространственная карта области вокруг головы животного, которая сканируется усами: совершенно новая вещь, которая ранее не показывалась ни у одного вида», - сказал Гилель Адесник, исследователь. Доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Беркли.
У людей также могут быть сенсорные карты внешнего мира, закодированные в нейронах коры головного мозга, сказал Адесник - не только тактильные карты, но и карты того, что мы видим и слышим, и, возможно, другие наши чувства.
Адесник и его коллеги опубликовали свои результаты в текущем выпуске журнала Neuron, который теперь доступен онлайн.
Виски
Исследователи изучают усы грызунов, потому что сенсорные нервы в основании каждого уса соединяются с четко определенными структурами в коре или внешнем слое мозга - так называемыми бочкообразными колоннами, потому что они имеют бочкообразную форму. У каждого из 24 больших лицевых усов мыши есть связанный столбец ствола, который активируется, когда усы сталкиваются с объектом. Вся кора ствола имеет диаметр от 2,5 до 3 миллиметров.
Неврологи тщательно нанесли на карту эти столбцы за последние десятилетия и продолжают изучать их, чтобы выяснить, как мозговые цепи обрабатывают, сохраняют и используют сенсорную информацию.
Адесник, однако, больше интересовался тем, как мозг на самом деле использует информацию об усах для построения картины мира вокруг головы.
«За пределами досягаемости усов грызуны используют зрение, а также слуховые и обонятельные сигналы, чтобы исследовать мир, но поскольку их зрение вблизи очень размыто, грызуны вблизи лица используют осязание», - сказал он. «Они сканируют мир своими усами так же, как мы ночью сканируем рукой на ночном столике в поисках мобильного телефона».
Вопрос, который он задал, был следующим: «Как животное представляет пространство в своей коре, чтобы оно могло локализовать, а затем идентифицировать объект, чтобы выполнить действие, например, поднять трубку или, для грызунов, идентифицировать что-то, что он хочет есть?"
Ответ лежит в слое клеток в самой внешней толще соматосенсорной коры мыши. В то время как бочкообразные клетки в предыдущем корковом слое, слое 4, сформированы в соответствии с усами, нейроны в слоях 2 и 3 получают информацию сразу от нескольких бочкообразных клеток и обрабатывают эту информацию. Слой 4 имеет глубину всего около 200 микрон, тогда как слои 2 и 3 имеют глубину около 300 микрон.
«Гипотеза заключалась в том, что слои 2 и 3, которые находятся в одном шаге от слоя 4, не просто кодируют усы, а может быть, они кодируют пространство, то есть пространство, которое усы сканируют в данный момент», - сказал Адесник.. «Вы можете думать об этом как о поле зрения мыши, когда она двигает своими усами. Может быть, есть карта, которая представляет это пространство, а не усы».
Используя двухфотонную визуализацию кальция, которая позволяет более точно локализовать нервные клетки с флуоресцентной меткой глубже в ткани мозга, Адесник смог составить карту того, как клетки в слоях 2 и 3 реагируют, когда мыши взмахивают усами и сталкиваются с объектами. возле их головы. В большинстве предыдущих исследований мышам вводили успокоительное или анестезию, и экспериментаторы двигали по одному усу за раз. В этом исследовании животные бодрствовали и двигали усами по предметам во время бега по беговой дорожке.
Его записи активации клеток через окно в черепе показали гладкую карту физического пространства, которое мышь исследовала своими усами, а не карту активности конкретных усов.
«Мы думаем, что в слое 4 нейроны действительно заботятся об усах, а не о сканируемом пространстве, - сказал он, - в то время как на слоях 2 и 3 они интегрируются по усам, возможно, даже выполняя математическую операцию, например, сглаживание нескольких усов, которое кодирует абсолютное горизонтальное положение объекта в системе отсчета головы животного."
Карта постоянно меняется, когда животное двигает головой.
Выводы показывают, что у людей также может быть гладкая сенсорная карта окружающего нас пространства в соматосенсорной коре; По его словам, это не только представление пальца, но и представление того, где рука в данный момент сканирует.
Адесник и его коллеги из лаборатории теперь изучают более высокие области коры, которые, вероятно, выполняют больше обработки информации для идентификации таких объектов, как добыча, и связываются с двигательными нейронами, чтобы вызвать набросок.