Способность медуз к обучению: сложные нейробиологические представления.
Даже не имея центрального мозга, медузы могут учиться на прошлом опыте, как люди, мыши и мухи, о чем впервые сообщили ученые 22 сентября в журнале Current Biology. Они обучили карибскую коробчатую медузу (Tripedalia Cysophora) научиться обнаруживать препятствия и уклоняться от них. Исследование бросает вызов предыдущим представлениям о том, что продвинутое обучение требует централизованного мозга, и проливает свет на эволюционные корни обучения и памяти.
Сложное видение в простом существе
Эти, казалось бы, простые желе размером не больше ногтя, имеют сложную зрительную систему с 24 глазами, встроенными в их колоколообразное тело. Живя в мангровых болотах, животное использует свое зрение, чтобы ориентироваться в мутной воде и огибать подводные корни деревьев, чтобы поймать добычу. Ученые продемонстрировали, что желе могут приобрести способность избегать препятствий посредством ассоциативного обучения — процесса, посредством которого организмы формируют мысленные связи между сенсорными стимуляциями и поведением.
«Обучение — это вершина эффективности для нервной системы», — говорит первый автор Ян Белецкий из Кильского университета, Германия. По его словам, чтобы успешно научить медузу новому трюку, «лучше всего использовать ее естественное поведение, то, что имеет смысл для животного, чтобы оно полностью раскрыло свой потенциал».
Имитированная среда обучения
Пытаясь воссоздать естественную среду обитания медузы, исследователи украсили круглый аквариум серыми и белыми полосами, имитирующими далекие корни мангровых деревьев. Они наблюдали за медузой в аквариуме в течение 7,5 минут. Поначалу медуза подплывала близко к этим, казалось бы, далеким полосам и часто натыкалась на них. Но к концу эксперимента желе увеличило среднее расстояние до стены примерно на 50%, увеличило в четыре раза количество успешных поворотов, чтобы избежать столкновения, и вдвое сократило контакт со стеной. Результаты показывают, что медузы могут учиться на собственном опыте с помощью визуальных и механических стимулов.
«Если вы хотите понять сложные структуры, всегда полезно начать как можно проще», — говорит старший автор Андерс Гарм из Копенгагенского университета, Дания. «Глядя на эти относительно простые нервные системы медуз, у нас гораздо больше шансов понять все детали и то, как они взаимодействуют, чтобы выполнять поведение».
Расшифровка учебного центра
Затем ученые попытались определить основной процесс ассоциативного обучения медуз, изолировав зрительные сенсорные центры животного, называемые ропалиями. Каждая из этих структур содержит шесть глаз и генерирует сигналы кардиостимулятора, которые управляют пульсирующим движением медузы, частота которого резко возрастает, когда животное отклоняется от препятствий.
Исследователи показали неподвижному ропалию движущиеся серые полосы, имитирующие приближение животного к объектам. Структура не реагировала на светло-серые полосы, интерпретируя их как далекие. Однако после того, как исследователи обучили ропалиум слабой электрической стимуляцией при приближении полосок, он начал генерировать сигналы уклонения от препятствий в ответ на светло-серые полосы. Эти электрические стимулы имитировали механические стимулы столкновения. Результаты также показали, что сочетание визуальных и механических стимулов необходимо для ассоциативного обучения медуз и что ропалий служит центром обучения.
Будущие направления
Далее исследовательская группа планирует глубже изучить клеточные взаимодействия нервной системы медуз, чтобы разобраться в формировании памяти. Они также планируют глубже понять, как работает механический датчик в колоколе, чтобы составить полную картину ассоциативного обучения животного.
«Удивительно, как быстро эти животные учатся; это примерно такие же темпы, как у продвинутых животных», — говорит Гарм. «Похоже, что даже самая простая нервная система способна к расширенному обучению, и это может оказаться чрезвычайно фундаментальным клеточным механизмом, изобретенным на заре эволюции нервной системы».
No comments:
Post a Comment