Ученые напугали крыс роботами
Группа американских и корейских ученых использовала робота для изучения поведения крыс под воздействием устрашающего стимула. Использовав для мониторинга активности мозга животных инвазивные электроды, ученые изучили механизм взаимодействия участков мозга, отвечающих за страх и принятие решений. Статья опубликована в журнале Science Advances.
За обработку стимулов, вызывающих страх, в мозге многих млекопитающих отвечает небольшая билатеральная структура — миндалевидное тело: у людей, например, этот участок мозга активируется в ответ на крики ужаса. Страх выступает одним из главнейших, хорошо развитых в ходе эволюции механизмов защиты, и способен эффективно воздействовать на поведение особи.
Для регуляции поведения под воздействием страха миндалевидное тело должно регулировать активность связанных с ним участков мозга, отвечающих за процесс принятия решений — например, префронтальной коры. Для того, чтобы подробнее изучить эту связь, ученые из Вашингтонского университета под руководством Джинсок Ким (Jeansok J. Kim) с помощью инвазивных электродов записали активность отдельных нейронов в миндалевидном теле и средней части префронтальной коры головного мозга лабораторных крыс.
Крыс в течение некоторого времени морили голодом: их вес на начало эксперимента составлял 85 процентов от нормальной массы тела. В ходе эксперимента крыс выпускали из клеток в небольшой лабиринт, в котором им необходимо было найти еду. По пути их встречал (в активном экспериментальном условии) робот-«хищник» — небольшая управляемая модель, похожая на представителя членистоногих с двигающимися мандибулами. Встреча с роботом заставляла крыс останавливаться или даже возвращаться обратно в клетку для корректировки движения.
Изучив активацию нейронов миндалевидного тела и префронтальной коры, ученые рассмотрели синхронную активность отдельных нейронов изученных участков мозга крыс во время их встречи с хищником, а также смоделировали подобную нейронную реакцию. Так, нейроны миндалевидного тела активировались только в момент встречи животного с «хищником», в то время как префронтальная кора была активна и вне этого взаимодействия. Кроме того, совместная активность двух участков наблюдалась во время приближения к роботу и побега от него.
Рассмотренная нейронная связь, таким образом, участвует в регуляции поведения при воздействии устрашающего стимула: префронтальная кора отвечает за распознавание потенциальной угрозы, миндалевидное тело сигнализирует о ее реальном наличии, а их совместная работа отвечает за дальнейшую регуляцию поведения.
Страх лабораторных животных чаще всего изучают в контексте социального поражения: изучаемую особь помещают в клетку к бóльшей по размерам особи, а затем наблюдают за их взаимодействием. Использование в подобных экспериментах хищников может быть опасным для животного, но при этом рассказать об их реакции на устрашающий стимул больше. Проведенный учеными эксперимент показал эффективность роботизированной угрозы, что позволит ученым и в дальнейшем использовать такой подход для изучения реакции грызунов на хищников.
Лабораторные грызуны — не единственные животные, которых пугают роботами. Исследователи из Политехнического института Нью-Йоркского университета под руководством Маурицио Порфири (Maurizio Porfiri) провели уже два (1, 2) исследования по изучению поведения рыбок данио-рерио при встрече с управляемыми репликами хищных глазчатых астронотусов. Недавно ученые также создали роботизированных данио-рерио для изучения взаимодействия рыб с собственными сородичами.
Елизавета Ивтушок
Таков результат исследования 671 собачьей неоплазии
Американские биоинформатики и ветеринары исследовали, какие мутации наиболее характерны для злокачественных опухолей у домашних собак. Секвенирование 59 генов у 671 опухолей от собак 96 пород показало, что в основе онкогенеза у людей и собак зачастую лежат одинаковые изменения в одних и тех же участках генов. Благодаря такому сходству данные, полученные при анализе лечения собак, можно будет активнее использовать в рамках доклинических исследований протоколов лечения злокачественных новообразований у человека. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports. Онкологические заболевания относятся к ведущим причинам ненасильственной смерти у домашних и бездомных собак. Большинство из них (за редкими исключениями) не передаются от животного к животному и обусловлены мутациями в протоонкогенах и опухолевых супрессорах. Патогенез некоторых опухолей собак, в частности, ангиосаркомы, меланомы и рака молочной железы, изучен лучше: про эти опухоли известно, что в их основе лежат нарушения работы тех же генов, что при возникновении таких же человеческих опухолей. Но всеобъемлющей базы мутаций в собачьих онкогенах до настоящего времени не существовало: ведь общее количество секвенированных собачьих опухолевых геномов исчисляется несколькими тысячами. Биоинформатики и ветеринары из Университетов Джорджии и Гарварда, возглавляемые профессором Ша Ин Чжао (Shaying Zhao), провели гистологическое исследование и секвенировали часть генома (экзоны 59 протоонкогенов и опухолевых супрессоров) 671 злокачественной опухоли домашних собак, относящихся к 96 разным породам. Самыми распространенными типами опухолей оказались ангиосаркома и саркома мягких тканей (в общей же сложности ученые обнаружили 23 вида злокачественных опухолей). В 59 генах было идентифицировано 543 уникальных соматических мутации (если доля мутантной последовательности кратна 50 или 100 процентов от всей ДНК этого гена в образце, то мутация была получена клеткой еще до образования опухолевого клона. «Некруглые» доли указывают на возникновение мутации уже в рамках соматической эволюции опухолевого клона). Профиль таких мутаций был связан с гистологическим типом опухоли и ее первичным очагом, но не с породой животного. Больше всего были распространены мутации в гене TP53, обнаруженные в 22,5 процента всех опухолей и в 46 процентах сарком. В этом и еще 11 генах исследователи обнаружили 18 локусов, в которых у разных животных независимо друг от друга возникали мутации. Ученые сопоставили эти горячие точки мутагенеза с результатами секвенирования 25 тысяч геномов человеческих опухолей. Восемь из выявленных точек, в генах TP53, PIK3CA, KRAS, NRAS, PTEN и BRAF, совпали у человеческих и собачьих опухолей. Данные, представленные группой профессора Чжао, составляют на сегодняшний день самый большой набор сиквенсов собачьих злокачественных опухолей. По словам авторов, сходство генетических изменений при онкогенезе у собак и людей позволит в будущем проводить доклинические исследования на собаках в рамках процедуры регистрации протоколов лечения человеческих неоплазий. Но до окончательного понимания того, насколько генетически похожи опухоли собак и людей, еще слишком далеко, ведь исследование американских ученых включало в себя только секвенирование малой части опухолевого экзома. Чем больше лекарств для таргетной терапии появляется в арсенале врачей, тем сложнее становится диагностика в онкологии. И пока одни ученые описывают, чем «рак-меццо-форте» отличается от «рака-пиано», другие ищут новые сенсоры для ранней диагностики рака. О том, насколько эффективен собачий нос в качестве такого сенсора, читайте в материале «Запах опухоли».