Любой, кто пытался прихлопнуть муху, знает, что может быстро заметить приближающуюся мухобойку и уклониться от нее. Новое исследование, проведенное группой ученых из Стэнфорда, может объяснить, почему: мухи и люди используют вычислительную стратегию для восприятия движения.
"Что меня действительно волнует, так это то, что никто не ожидал такого глубокого сходства между двумя животными, которые настолько эволюционно отличаются друг от друга," сказал Томас Кландинин из Стэнфорда, доцент нейробиологии и один из авторов исследования, которое было опубликовано в этом месяце в журнале Nature Neuroscience.
Последний общий предок мух и людей жил более 500 миллионов лет назад, когда планета выглядела совсем иначе. Тем не менее, повторяющиеся закономерности в естественной среде привели к тому, что предки обоих организмов разработали аналогичные стратегии ощущения движения.
По словам нейробиолога Деймона Кларка, ведущего автора статьи, вероятно, эта модель развивалась дважды – один раз у предка человека и один раз для предка мухи – потому что мухи и люди так далеки друг от друга на эволюционном древе. Несмотря на то, что мозг людей и мух сильно различается, они анализируют движение схожим образом. Кларк, ныне профессор Йельского университета, был научным сотрудником Стэнфордской докторской диссертации в группе Кландинина в Стэнфорде, когда работал над проектом.
Ученые довольно много знают о том, как глаз обнаруживает свет. Однако они не совсем понимают, как мозг переводит серию химических сигналов в изображение. Исследовательская группа изучила восприятие движения у мух и людей, чтобы узнать больше о зрительной системе и стратегиях решения проблем мозга.
"На самом деле главный вопрос: как развивается мозг?" сказал Энтони Норча, автор статьи и профессор психологии Стэнфордского университета.
По словам Кларка, исследование предполагает, что существует оптимальный способ просмотра естественных движущихся объектов, обладающих общими фундаментальными свойствами. По словам членов команды, путем статистического моделирования этих свойств нейробиолог-теоретик Джеймс Фицджеральд, также ведущий автор статьи, смог разработать основу для проверки этих теорий. Фицджеральд раньше был аспирантом Стэнфордского университета, а теперь работает докторантом в Гарвардском университете.
И люди, и мухи различают три типа информации о движущемся объекте: его скорость, направление движения и яркость. По словам Норсиа, предыдущие модели были несовершенными, поскольку в них не учитывалась информация о яркости.
Команда проверила свои теории как на людях, так и на мухах. В лаборатории Норчи добровольцы смотрели видео, а исследователи наблюдали за сигналами электроэнцефалограммы (ЭЭГ) их скальпа. Они также ответили на вопросы о своем восприятии движения на основе видео.
Но чтобы проверить мух, исследователи не могли просто спросить их, в каком направлении движется изображение. Вместо этого, по словам Кларка, они воспользовались известной чертой мух: мухи поворачиваются в направлении движения. Кларк привязал мух к палкам, разместил их на крошечных сферических беговых дорожках, а затем просматривал видео, отслеживая их движения.
По словам Норсиа, проект стал возможен благодаря междисциплинарной командной работе, которая является обычной в Стэнфорде. Все началось, когда Кларк выступил с неформальной презентацией на факультете психологии, чем вызвал интерес у Норчи и третьего ведущего автора исследования, бывшего научного сотрудника Стэнфордского университета Джастина Алеса, который сейчас преподает в Университете Св. Эндрюс в Шотландии.
Фицджеральд сказал, что он решил изучать движение мух, потому что можно было точно определить задействованные нейронные сети. "Конечная надежда – найти пример того, как мухи решают эту конкретную проблему, это может дать нам некоторое представление о том, как мозг решает проблемы в более общем плане," Фицджеральд сказал.