Ученые выяснили принцип работы внутреннего «3D-компаса» млекопитающих

Исследователи продемонстрировали наличие «трёхмерного компаса» у млекопитающих

Египетская летучая собака. Фото с сайта wikimedia.org

Каждый пилот проходит тренировки, позволяющие ему избегать состояния, при котором человек перестаёт различать «верх» и «низ» – во время полёта подобное может быть крайне опасно. Схожее ощущение некоторым порой доводится испытывать и на земле – например, поднявшись из метро, человек может в течение нескольких секунд ощущать, как будто он слабее ориентируется в пространстве. В обоих случаях причиной является следствием кратковременного ухудшения работы структур головного мозга, выполняющих функцию «3D-компаса», то есть помогающих нам определять своё положение и направление движения в трёхмерном пространстве.

Израильским исследователям из Института Вейцмана удалось продемонстрировать наличие подобного «трёхмерного компаса» у млекопитающих и изучить некоторые принципы его работы. Учёные выяснили, что мозг крыланов (близких родственников летучих мышей) содержит нейроны, позволяющие определить, в какую сторону направлена голова животного, что, в свою очередь, позволяет лучше ориентироваться в пространстве.

Выбирая направление движения, люди и животные в первую очередь полагаются на пространственную память – опыт перемещения, полученный ранее. «Хранятся» подобные воспоминания в парагиппокампальной извилине. Причём за ориентацию в пространстве отвечают три вида клеток, расположенных в этой части мозга. Первые два вида можно обозначить как «нейроны места» и «нейроны координатной сетки», в совокупности они работают по принципу GPS-навигатора, давая животным представление о том, глее они, собственно, находятся. Третий тип, «нейроны поворота головы», активизируются, когда животное устремляет свой взгляд в определённом направлении, то есть выполняют роль своего рода компаса.

Нейроны первых двух видов были изучены довольно подробно, и наиболее яркие из исследований в этом направлении недавно были отмечены Нобелевской премией. В то же время работа нейронов «поворота головы» до сих пор изучалась лишь в экспериментах, подразумевающих двухмерное пространство. О том, как работает система позиционирования млекопитающих при передвижении по трём осям координат, до сих пор было известно не так много.

Исследователи, опубликовавшие свою работу в журнале Nature, имплантировали нильским крыланам микроэлектроды, с помощью которых могли наблюдать за активностью их мозга, после чего позволили им свободно летать в помещении с установленными видеокамерами. В результате специалистам удалось проанализировать все возможные повороты головы рукокрылых – в терминах, применяемых к летательным аппаратам – крен, тангаж и рыскание. Сопоставляя движения головы животных и процессы, происходящие в их мозге, учёные обнаружили, что некоторые нейроны становились активны лишь в моменты, когда крыланы поворачивали голову под определённым углом.

Дальнейший анализ полученных данных позволил исследователям сделать ещё более любопытные выводы. Как оказалось, за позиционирование относительно поверхности, над которой пролетали крыланы (то есть двухмерного пространства), у них отвечали одни «нейроны поворота головы», а за высоту – третье измерение – другие. Учёные предполагают, что также эти процессы могут быть устроены у всех нелетающих млекопитающих, привычным к передвижению в трёх измерениях – например, у бело и обезьян, а также у людей.

Если это предположение подтвердится, это с высокой вероятностью будет означать, что когда человек ориентируется в трёхмерном пространстве (например, за штурвалом самолёта), его мозг решает задачи позиционирования в пространстве иначе, чем если бы ему было достаточно ориентироваться в пространстве двухмерном, как при пешей прогулке или поездке на машине.

Источник: «Наука и технологии России»