Ученые из Университета Аделаиды (Австралия) наблюдали за активностью специфических нейронов в мозге стрекозы в ответ на визуальные стимулы, имитирующие добычу. Оказалось, мозг стрекозы «предсказывает» будущее расположение объекта в пространстве, исходя из его предыдущей траектории. Для насекомых, обладающих относительно просто устроенным мозгом, подобный феномен показан впервые. Исследование опубликовано в журнале eLife.

В отличие от большинства насекомых, стрекозы полагаются в основном на зрение. Обработкой зрительной информации занимается 80 процентов мозга стрекозы. Во время охоты стрекозы выискивают жертву, патрулируя определенный участок пространства, пока не увидят подходящую по размеру добычу, которую им без проблем удается поймать. 

Стрекозы – хорошие охотники, но какие процессы в мозге отвечают за исполнение такой сложной задачи, как вычленение из комплексной окружающей среды подходящего объекта и слежение за ним, было не совсем понятно. В своих предыдущих исследованиях ученые идентифицировали в мозгу у стрекоз группу специфических нейронов, ответственных за наблюдение маленьких движущихся объектов (STMD – small target motion detector). Один из этих нейронов, STMD1, активируется в ответ на визуальный движущийся стимул, помещенный в сложную среду. Грубо говоря, этот нейрон отвечает за слежение за движущейся добычей на фоне всей остальной природы. Интересно, что в присутствии двух объектов, нейрон «выбирает» в качестве стимула только один из них, а второй просто игнорируется. В новой работе ученые также наблюдали за активацией этого нейрона, используя движущиеся визуальные стимулы.

Объектом исследования стали стрекозы, принадлежащие к виду Hemicordulia tau, специфичному для Австралии. В эксперименте стрекозам упростили задачу – вместо объекта на фоне сложной среды их заставляли наблюдать за черными точками, движущимися по белому экрану. В одном из экспериментов насекомым предъявляли две траектории, продолжающие одна другую. Первая линия называлась «праймером», а вторая «пробой». Оказалось, что предъявление «праймера» значимо усиливало нейронный ответ на последующее предъявление «пробы». Это говорит о том, что мозг «предвосхищает» дальнейшее движение по траектории «праймера» и нейрон уже готов к возбуждению.

Возбуждение отдельного нейрона в ответ на появление в зрительном поле движущегося объекта – «праймера», «пробы» или одного за другим. Wiederman et al / eLife 2017

В другом эксперименте «пробы» могли как продолжать траекторию «праймера», так и отклоняться от нее. В случае продолжения линии возбуждение усиливалось, а в случае сильного отклонения, наоборот, подавлялось. Усиление возбуждения в ответ на «пробу» после предъявления «праймера» могло достигать 400 процентов. Для сравнения, у людей усиление выборочного внимания в экспериментах составляло 40 процентов. Таким образом, стрекозы обладают мощным «предсказательным фокусом» внимания, который позволяет им следить за траекторией своей добычи.

Элементарная детекция движения и принцип селективного внимания интересует инженеров, которые разрабатывают системы слежения, применяемые, например, в беспилотных автомобилях. Авторы работы признают, что стрекоза оказалась неожиданно сложным объектом для изучения принципов детекции движущихся стимулов. Недавно, в рамках проекта DragonflEye, стрекозу превратили в киборга и заставили летать, активируя при помощи световодов определенные нейроны.

Автор: Дарья Спасская