Что происходит в мозге летучей мыши во время полёта? Новый датчик помог узнать ответ

Чужая душа потёмки, как, впрочем, и чужой мозг. Особенно если это мозг животного. Изучать процессы, которые в нём происходят, очень сложно, в частности, из-за подвижности объекта. Но исследователи из Университета Джонса Хопкинса (США) решили эту проблемы: они создали устройство, которое измеряет активность мозговой деятельности летучих мышей. Беспроводной девайс работает, даже если животное находится в полёте.

Исследователи поясняют, что больше всего их интересовало, что происходит, когда мышь фокусирует своё внимание на каком-либо объекте.

"Если вы хотите понять, как работает мозг в реальном мире, вы должны естественным образом передвигаться по этому миру. Эта идея записи активности мозга без проводов совершенно новая, и никто не использовал её, чтобы понять, как животное ощущает мир и реагирует на эту информацию", — рассказывает член исследовательской группы Мелвилл Вольгемут (Melville Wohlgemuth).

Поскольку мозг летучих мышей структурно схож с мозгом других млекопитающих, включая людей, эта разработка позволит лучше понять, что происходит в важнейшем органе, когда животное или человек находится в движении, отмечают авторы в пресс-релизе.

Чтобы изучать мышь в процессе полёта, инженеры в течение года разрабатывали устройство. Оно должно было быть беспроводным и достаточно лёгким, ведь вес рукокрылого редко превышает 20 граммов. Ещё год потребовался на испытания и устранение ошибок. Кроме того, команда оборудовала специальное помещение высокоскоростными камерами и специальными микрофонами (напомним, что летучие мыши используют ультразвуковые сигналы для "рассматривания" предметов с помощью эхолокации).

Фото Johns Hopkins University.

Ведущий автор работы профессор Синтия Мосс (Cynthia Moss) рассказывает, что 25 лет назад, когда она впервые начала задумываться об изучении мозга летучих мышей во время полёта, подобных технических возможностей не существовало. Исследования до недавнего времени ограничивались наблюдениями за активностью мозга животных, лишь когда те были обездвижены.

В таком случае простор для мозговой деятельности существа оставался небольшим: максимум – проследить за изображением на экране компьютера. Подобные условия, конечно малоинформативны, добавляют авторы, ведь в реальном мире жизнь животного – это, в первую очередь, движение.

"Двадцать пять лет назад я разговаривала с коллегой о регистрации нейронной деятельности мозга летучей мыши, и он смотрел на меня, как будто у меня было две головы. Потребовалось много усилий и развитие технологий, чтобы сделать это возможным", — рассказывает Мосс.

Отметим, что прототипы беспроводных устройств, осуществляющих запись активности головного мозга, можно пересчитать по пальцам, а вот девайсов, способных выполнять ту же задачу, когда объект исследований находится в "активном" режиме, то есть двигается, вообще не существовало до сих пор.

Авторы уточняют, что для мониторинга используются имплантированные в мозг животного электроды. Они считывают активность определённой группы нейронов и передают данные на компьютер. При анализе информации специалисты также опираются на записи микрофонов, о которых говорилось выше.

На примере летучих мышей из семейства кожанов (вид Eptesicus fuscus) учёные уже выяснили, как фокусирование внимания связано с активностью сенсорных нейронов среднего мозга (он же отвечает, например, за работу зрения и слуха, контроль движений, регуляцию биоритмов и температуры тела). Учёные отмечают, что мозг регистрировал расстояние до объектов более точно, когда летучая мышь изменяла своё поведение, чтобы сосредоточиться на этих объектах. Более того, активность в мозге животного также менялась, когда оно замечало объект на более близком расстоянии.

Эксперты уверены, что те же процессы происходят в мозге любого другого животного и человека при переключении внимания с одного объекта на другой.

"Возможность увидеть сигналы в мозге, когда животное на что-то смотрит, а затем наблюдать за "вспышкой" нейрона – для меня это был священный Грааль, — рассказывает член исследовательской группы Нинад Котари (Ninad Kothari). — Поскольку исследование продолжается, мы можем получить больше информации от животных, таких как летучие мыши, обычные мыши и совы, и спроецировать её на людей".

Работа в этом направлении поможет лучше изучить такие нарушения, как синдром дефицита внимания, и найти новые методы помощи пациентам, заключают авторы.

Более подробно о своей разработке они рассказали в научной статье, которая была опубликована в журнале eLife.

Кстати, ранее мы рассказывали о том, что летучие мыши умеют приземляться вниз головой, являются рекордсменами по скорости полёта, а ещё вдохновляют инженеров на создание их роботизированных аналогов.