Мыши, в отличие от кошек и собак, могут двигать усами, чтобы обозначить свое окружение, так же, как люди используют свои пальцы для создания трехмерного изображения затемненной комнаты.
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли впервые реконструировали карту усов, которую мышь создает вокруг своего окружения, чтобы ориентироваться в своем мире, ловить насекомых и избегать кошек.
Это не типичные карты мозга, которые показывают, какие клетки мозга активируются при настройке определенного уса, или, у людей, так называемая карта гомункула в коре головного мозга человека, сенсорных рецепторов на коже.
"Это не карта тела, а пространственная карта области вокруг головы животного, которую сканируют усы: совершенно новая вещь, которая не была показана ранее ни у одного вида," сказал Хиллел Адесник, доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Беркли.
Адесник сказал, что у людей также могут быть сенсорные карты внешнего мира, закодированные в нейронах коры головного мозга, – не только сенсорные карты, но и карты того, что мы видим и слышим, и, возможно, других наших органов чувств.
Адесник и его коллеги опубликовали свои результаты в текущем номере журнала Neuron, который теперь доступен онлайн.
Взбивающее поведение
Он задал вопрос, "Как животное представляет пространство в своей коре головного мозга, чтобы оно могло локализовать, а затем идентифицировать объект, чтобы оно могло выполнить действие, например, взять телефон или, для грызунов, определить то, что оно хочет съесть?"
Ответ кроется в слое клеток во внешней толще соматосенсорной коры мышей. В то время как бочкообразные клетки в предыдущем кортикальном слое, слое 4, структурированы в соответствии с усами, нейроны в слоях 2 и 3 получают входные данные от нескольких стволовых клеток одновременно и обрабатывают эту информацию. Слой 4 составляет всего около 200 микрон, а слои 2 и 3 – около 300 микрон.
"Гипотеза заключалась в том, что слои 2 и 3, которые находятся в одном шаге от уровня 4, не просто кодируют усы; возможно, они кодируют пространство, то есть пространство, которое в данный момент сканируют усы," Адесник сказал. "Вы можете думать об этом как о поле зрения мыши, когда она перемещает свои усы. Может быть, есть карта, изображающая это пространство, а не усы."
Используя двухфотонную кальциевую визуализацию, которая позволяет более точно локализовать флуоресцентно меченые нервные клетки глубже в тканях мозга, Адесник смог отобразить, как клетки в слоях 2 и 3 реагируют, когда мыши взмахивают усами и сталкиваются с объектами возле их головы. В большинстве предыдущих исследований мышей вводили седативные препараты или анестезию, и экспериментаторы двигали по одному усу за раз. В этом исследовании животные бодрствовали и двигали усами в предметы во время бега на беговой дорожке.
Его записи активации клеток через окно в черепе показали гладкую карту физического пространства, которое мышь исследует своими усами, а не карту конкретной активности усов.
"Мы думаем, что в слое 4 нейроны действительно заботятся об усах, а не об сканированном пространстве," он сказал, "в то время как в 2 и 3 они интегрируются по усам, возможно, даже выполняют математическую операцию вроде сглаживания нескольких усов, которая кодирует абсолютное горизонтальное положение объекта в системе отсчета головы животного."
Карта постоянно меняется по мере того, как животное двигает головой.
Полученные данные предполагают, что у людей также может быть гладкая сенсорная карта пространства вокруг нас в соматосенсорной коре; не только изображение пальца, но и представление того, где рука в данный момент сканирует, сказал он.
Адесник и его коллеги по лаборатории сейчас изучают более высокие области коры головного мозга, которые, вероятно, больше обрабатывают информацию, чтобы идентифицировать такие объекты, как добыча, и соединяться с мотонейронами, чтобы вызвать атаку.