Newswise — Вид тропических бабочек с необычно расширенными структурами мозга демонстрирует увлекательную мозаичную картину расширения нейронов, связанную с когнитивными инновациями.

Исследование, опубликованное сегодня в Текущая биология исследует нейронные основы поведенческих инноваций в Геликоний бабочки, единственный род, который, как известно, питается как нектаром, так и пыльцой. В рамках такого поведения они демонстрируют замечательную способность изучать и запоминать пространственную информацию об источниках пищи — навыки, ранее связанные с расширением структуры мозга, называемой грибовидными телами, ответственной за обучение и память.

Ведущий автор доктор Макс Фарнворт из Школы биологических наук Бристольского университета объяснил: «Существует огромный интерес к тому, как больший мозг может поддерживать улучшенное познание, поведенческую точность или гибкость. Но во время расширения мозга часто бывает трудно отделить эффекты увеличения общего размера от изменений во внутренней структуре».

Чтобы ответить на этот вопрос, авторы исследования углубились в изменения, произошедшие в нейронных цепях, которые поддерживают обучение и память у детей. Геликоний бабочки. Нейронные цепи очень похожи на электрические цепи, поскольку каждая клетка имеет определенные цели, с которыми они соединяются, и собирает сеть из своих соединений. Затем эта сеть вызывает определенные функции путем построения схемы.

Благодаря детальному анализу мозга бабочки команда обнаружила, что определенные группы клеток, известные как клетки Кеньона, размножаются с разной скоростью. Это изменение привело к закономерности, называемой мозаичной эволюцией мозга, при которой некоторые части мозга расширяются, а другие остаются неизменными, аналогично тому, как мозаичные плитки сильно отличаются друг от друга.

Доктор Фарнворт объяснил: «Мы прогнозируем, что, поскольку мы видим эти мозаичные паттерны нейронных изменений, они будут связаны с конкретными сдвигами в поведенческих показателях – в соответствии с рядом экспериментов по обучению, которые показывают, что Геликоний превосходят своих ближайших родственников только в очень специфических контекстах, таких как долговременная зрительная память и обучение шаблонам».

Чтобы питаться пыльцой, бабочкам Heliconius необходимы эффективные пути питания, поскольку пыльцевые растения встречаются довольно редко.

Руководитель проекта и соавтор д-р Стивен Монтгомери сказал: «Вместо того чтобы выбирать случайный маршрут поиска пищи, эти бабочки, по-видимому, выбирают фиксированные маршруты между цветочными ресурсами – это похоже на автобусный маршрут. Процессы планирования и памяти, необходимые для такого поведения, выполняются совокупностями нейронов внутри грибовидных тел, поэтому мы очарованы внутренней схемой во всем. Наши результаты показывают, что определенные аспекты этих схем были изменены, чтобы обеспечить расширенные возможности Геликоний бабочки».

Это исследование способствует пониманию того, как изменяются нейронные цепи, отражая когнитивные инновации и изменения. Изучение нейронных цепей в управляемых модельных системах, таких как насекомые, обещает выявить генетические и клеточные механизмы, общие для всех нейронных цепей, тем самым потенциально устраняя разрыв, по крайней мере на механистическом уровне, с другими организмами, такими как люди.

Заглядывая в будущее, команда планирует исследовать нейронные цепи за пределами центров обучения и памяти мозга бабочки. Они также стремятся повысить разрешение картографирования своего мозга, чтобы визуализировать, как соединяются отдельные нейроны, на еще более детальном уровне.

Доктор Фарнворт сказал: «Я был действительно очарован тем фактом, что мы видим такую ​​высокую степень консервации в анатомии и эволюции мозга, но затем очень заметные, но отчетливые изменения».

«Это действительно увлекательный и красивый пример слоя биоразнообразия, который мы обычно не видим, разнообразия мозга и сенсорных систем, а также того, как животные обрабатывают и используют информацию, предоставляемую окружающей средой», — заключил доктор Монтгомери.

Бумага:

«Мозаичная эволюция системы обучения и памяти у бабочек Heliconiini», Макс Фарнворт, Теодора Лупасаки, Антуан Коуто и Стивен Монтгомери. Текущая биология .