Мозги обезьян синхронизировались при наблюдении друг за другом
Американские ученые впервые проследили за синхронизированной работой мозга обезьян при наблюдении за действиями друг друга. Они выяснили, что такая синхронизация регулируется местом в иерархии обезьяны-агента и обезьяны-наблюдателя, а также их положением в пространстве и относительно друг друга. Результаты исследования описаны в статье, опубликованной в Scientific Reports.
Наблюдение и имитация служат основными формами обучения среди социальных животных. К ним относятся, например, приматы — в том числе и люди, эффективность раннего развития которых во многом зависит от их наблюдения за взрослыми. Важную роль в обучении при наблюдении играют зеркальные нейроны — совокупность нервных клеток, расположенных в различных участках головного мозга и активных как при наблюдении за действием, так и при его выполнении.
У обезьян зеркальные нейроны были обнаружены в нижней лобной извилине и нижней части теменных долей, и позволили хорошо изучать физиологические механизмы процесса подражания. Большинство подобных исследований с участием обезьян, однако, сосредоточены на изучении мозговой активности одной особи: при наблюдении за агентом-человеком или агентом-обезьяной и дальнейшим повторением действия. До сих пор ученым не удавалось проследить за возможным паттерном синхронизации мозговой активности обезьяны-агента и наблюдателя (или имитатора).
Исправить это решили ученые из Университета Дьюка под руководством Мигеля Николелиса (Miguel A.L. Nicolelis). Для этого они провели эксперимент, в котором приняли участие две обезьяны: одна особь (в эксперименте участвовали самки) сидела не неподвижном стуле, а другая перемещалась по комнате в управляемом кресле. Траектория движения стула второй обезьяны была запрограммирована, путь пролегал от стартовой точки к тарелке с виноградом; первая обезьяна (наблюдатель) была обучена следить за второй, так как при достижении обезьяны в кресле винограда она получала угощение. Активность мозга обезьян записывали при помощи вживленных электродов.
В ходе эксперимента ученые измерили межмозговую кортикальную синхронизацию (interbrain cortical synchronization, сокращенно ICS) мозгов обезьяны-наблюдателя и обезьяны-агента. Они выяснили, что корреляция между активностью моторной и премоторной коры (также участки активности зеркальных нейронов) обезьян во время наблюдения зависит от места агента и наблюдателя в иерархии: когда агент была выше в иерархии, чем наблюдатель, мозги обезьян синхронизировались сильнее. Кроме того, синхронизация такой активности также зависела от параметров движения обезьяны-агента, а именно — от расположения двигающего стула в пространстве и относительно обезьяны-наблюдателя и конечной цели — тарелки с виноградом.
Примечательно, что наибольшая синхронизация нейронной активности между двумя обезьянами наблюдалась тогда, когда они приближались друг к другу на расстояние вытянутой руки. Это позволило ученым прийти к выводу, что синхронизация мозговой активности при наблюдении объясняется особенностями социального взаимодействия между двумя особями. В дальнейшем это позволит не только улучшить понимание роли моторных участков головного мозга в налаживании социальных связей, но и помочь в клинических исследованиях расстройств, в симптомы которых входят нарушения социального взаимодействия, например, аутизма.
Синхронизация мозговой активности происходит и при оценке субъективных ощущений наблюдателем: например, недавно ученые выяснили, что мозг мужчин синхронизируется с мозгом их испытывающих боль партнерш в мю-диопазоне тогда, когда они держат их за руку.
Елизавета Ивтушок
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.