Исследования летучих мышей раскрывают структуру мозга, отвечающую за групповое поведение

Те же нейроны, которые помогают летучим мышам перемещаться в пространстве, могут также помогать им ориентироваться в коллективной социальной среде, говорится в новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature.

Считается, что многие млекопитающие, в том числе летучие мыши и люди, ориентируются с помощью структуры мозга, называемой гиппокампом, которая кодирует мысленную «карту» знакомого окружения. Например, когда вы гуляете по району или едете на работу, отдельные нейроны «размещают» в гиппокампе активные сигналы, указывающие, где вы находитесь.

В новом исследовании исследователи из Калифорнийского университета в Беркли использовали беспроводные устройства нейронной записи и визуализации, чтобы «подслушивать» мозговую активность гиппокампа групп египетских фруктовых летучих мышей, когда они свободно летали в большом полетном зале, часто перемещаясь между ними. плотно сгруппированные социальные группы — при этом технологии слежения фиксировали перемещения летучих мышей.

Исследователи были удивлены, обнаружив, что в этой социальной среде нейроны места летучей мыши кодируют гораздо больше информации, чем просто местоположение животного. Когда летучая мышь летела к месту приземления, срабатывание нейронов места также содержало информацию о присутствии или отсутствии в этом месте другой летучей мыши. А когда присутствовала еще одна летучая мышь, активность этих нейронов указывала на личность летучей мыши, к которой они летели.

«Это одна из первых работ, показывающих представление идентичности в мозгу неприматов», — сказал старший автор исследования Майкл Ярцев, доцент кафедры биоинженерии и нейробиологии Калифорнийского университета в Беркли. «И что удивительно, мы обнаружили его в центре того, что должно было быть GPS мозга. Мы обнаружили, что он по-прежнему действует как GPS, но он также настроен на социальную динамику в окружающей среде».

По словам первого автора исследования Анджело Форли, научного сотрудника лаборатории Ярцева NeuroBat, высокосоциальные животные, такие как люди и летучие мыши, хотя и не так ошеломляюще визуально, как стайка рыб или журчание птиц, но также демонстрируют формы коллективного поведения.

«Социальные животные, как и люди, будут координировать свои действия в пространстве для достижения разных целей», — сказал Форли. «Это может быть просто посещение других. Это может быть совместное движение, как в случае классического коллективного поведения или игра в футбол. Или это могут быть другие формы сотрудничества или конфликта».

Из-за сложности эксперимента Форли изначально сомневался в том, что разрешение группам летучих мышей летать и свободно взаимодействовать даст результаты о нейронной основе коллективного поведения. Он был обеспокоен тем, что движения летучих мышей и их социальные взаимодействия могут быть слишком случайными, чтобы выявить надежные связи между их нейронной активностью и поведением.

Поэтому он был приятно удивлен, когда летучие мыши спонтанно установили несколько определенных мест для отдыха в полетной комнате и следовали очень похожим траекториям, путешествуя между ними. Летучие мыши также продемонстрировали явное предпочтение лететь к определенным летучим мышам-другам, часто приземляясь очень близко или даже друг к другу.

«Мы обнаружили, что если собрать небольшую группу летучих мышей в комнате, они на самом деле не будут вести себя хаотично, а будут демонстрировать точные модели поведения», — сказал Форли. «Они проводили время с конкретными людьми и показывали конкретные и стабильные места, куда им нравилось ходить».

Эти точные модели поведения позволили Форли идентифицировать не только нейронную активность, связанную с различными траекториями полета, но также то, как нейронная активность менялась в зависимости от личности летучей мыши, присутствующей в целевом месте, и движений других летучих мышей.

«Записав всего лишь несколько нейронов из этой структуры мозга, мы действительно сможем узнать, что летучие мыши делали в своем социальном пространстве», — сказал Ярцев. «Мы смогли узнать, направлялись ли они в пустое место или в место, где были другие люди, что действительно удивительно».

В последние годы Ярцев и его лаборатория NeuroBat использовали различные беспроводные устройства нейронной записи и технологии отслеживания полетов, чтобы раскрыть ряд удивительных деталей о мозге, в том числе о том, как синхронизируется нейронная активность летучих мышей во время общения; как активность лобной коры помогает летучим мышам идентифицировать себя и других во время голосового взаимодействия; как гиппокамп летучих мышей отображает не только конкретные места, но и полные траектории полета; и даже насколько стабильные пространственные воспоминания могут храниться в мозгу.