Исследователи из Университета Квинсленда сделали важный шаг вперед в увязке изменений в поведении с лежащим в основе развития схем мозга.
Когда рыбки данио учатся охотиться на быстро движущуюся добычу, это очень динамичный период в их развитии.
Исследователи продемонстрировали взаимосвязь между улучшением охотничьих навыков рыбок данио и развитием сенсорного кодирования в той части мозга, которая реагирует на визуальные стимулы.
Как усовершенствования нейронных схем приводят к изменениям в поведении, все еще оставалось загадкой, которую профессор Джефф Гудхилл из Квинслендского института мозга и Школы математических и физических наук и его постдок доктор. Лилач Авитан очень хотел решить.
"Нейронное кодирование – это исследование того, как нейроны представляют информацию – на раннем этапе развития мозг должен создавать нейронные коды, подходящие для выживания," Профессор Гудхилл сказал.
"У млекопитающих знания о том, как развиваются нервные цепи, быстро расширяются, однако мало что известно о том, что происходит у новорожденных животных – влияние ранних изменений нейронного кодирования на поведение остается в значительной степени неизвестным."
Исследователи могут получить представление о связи между нейронными цепями и поведением, изучая личинок рыбок данио, которые проявляют сложное естественное поведение уже через несколько дней после оплодотворения.
Спустя всего пять дней после оплодотворения зрительно-моторная система рыбок данио уже достаточно зрелая, чтобы личинки могли охотиться на движущуюся добычу, такую как одноклеточный организм парамеции.
"Мы можем наблюдать, как личинки рыбок данио охотятся, и сопоставить это поведение с тем, как их нейронный код изменяется в первые несколько дней развития, визуализируя нейронную активность их клеток мозга," Профессор Гудхилл сказал.
У рыбок данио есть центр обработки изображений в мозгу, называемый зрительным каналом, который преобразует сенсорную информацию в движение и ориентирует животных на объекты внешнего мира, необходимые для охотничьего поведения.
"Мы обнаружили, что охотничье поведение улучшилось в течение первых нескольких дней, когда личинки начали охотиться, и это коррелирует с улучшением декодирования и передачи информации в их оптических оболочках," Профессор Гудхилл сказал.
Личинки рыбок данио сначала питаются желточным мешком в оплодотворенном яйце, но через пять дней они готовы начать охоту.
Исследователи изучали личинок на четвертый, пятый, девятый и пятнадцатый дни, поместив их в блюдо с парамециями и используя высокоскоростную камеру для наблюдения за их перемещениями.
Они обнаружили, что за это время личинки улучшили свои охотничьи навыки.
Как только исследователи заметили, что личинки становятся более эффективными при охоте, они захотели узнать, коррелируют ли изменения с изменениями в развитии мозга.
"Флуоресцентная визуализация кальция может регистрировать активность многих нейронов одновременно, что дало нам много информации о том, как развивается нейронное кодирование," Профессор Гудхилл сказал.
"Используя этот подход для оптического тектума личинок, мы могли исследовать функциональные изменения на уровне одного нейрона для многих нейронов одновременно."
"Затем мы использовали математические методы, такие как теория информации, чтобы количественно оценить, как нейронное кодирование в тектуме менялось в процессе развития."
"Мы обнаружили, что эти изменения коррелировали с изменениями в поведении.
Примечательно, что мы могли даже предсказать успех охоты отдельной рыбы по качеству нейронного кодирования в их тектуме."
"Эта работа важна как для понимания нейронного кодирования во время нормального развития, так и для понимания того, как изменения нервной цепи при нарушениях нервного развития вызывают изменения в поведении," Профессор Гудхилл сказал.