Уникальные модели активации нейронов помогают крошечным птицам каталогизировать тысячи разбросанных запасов пищи.
автоа: ДЖЕК ТАМИСИЯ
ДЖЕК ТАМИСИЯ
Животные.
Черношапочные синички не дают еде пропадать зря. Эти пухлые маленькие птички с большой головой и темными глазами, напоминающими глаза Beanie Baby, всегда запасают дополнительную еду, такую как ягоды, семена и насекомых. Одна птица этого вида хранит свои излишки в тысячах укрытий по всему лесу, чтобы приготовить пропитание на случай нехватки еды.
«Когда [синица] прячет семя, она формирует память о том, где находится семя, и может использовать ее позже», — говорит Селман Четтих, научный сотрудник, изучающий нейронную активность этих птиц в Колумбийском университете. И эта память необычайно точна: синицы могут определить местоположение своих разбросанных запасов еды с точностью до сантиметра — и они помнят, какой предмет они спрятали в каком месте.
Так как же эти птицы хранят и используют так много воспоминаний? В новой статье, опубликованной в пятницу в Cell , Четтих и его команда с удивлением обнаружили, что черношапочные синички активируют уникальные штрихкодоподобные паттерны в своем мозге, когда они прячутся и достают еду. Эти нейронные «штрихкоды», которые еще не наблюдались ни у одного другого вида, могут позволить птицам хранить и извлекать много похожих воспоминаний, не путая их.
Подобно млекопитающим, синицы и другие птицы формируют воспоминания в гиппокампе. Эта структура мозга, которая относительно велика у птиц, запасающих пищу, хранит снимки прошлых мест или событий. К этим изолированным фрагментам, известным как эпизодические воспоминания, можно обратиться позже, чтобы вспомнить определенный опыт.
Меньше известно о том, как синички получают доступ к эпизодическим воспоминаниям, чтобы найти определенный тайник. Четтих и его команда изначально думали, что этот процесс будет связан с подмножеством нейронов в гиппокампе, называемых клетками места, которые кодируют местоположение животного в определенное время и формируют когнитивную карту . Например, когда синичка формирует новое воспоминание, откладывая семя в определенное место, более высокая концентрация клеток места в гиппокампе может быть активирована для этого конкретного места.
Чтобы проверить это, Четтих и его команда поместили группу синиц на арену со 128 потенциальными местами для хранения пищи, закрытыми заслонками. Они снабжали синиц семенами подсолнечника через моторизованные кормушки, которые открывались только на короткие промежутки времени, побуждая птиц откладывать семена на потом. Исследователи снабдили каждую синицу чрезвычайно легкими головными уборами, которые измеряли нейронную активность в гиппокампе, и использовали несколько камер с высоким разрешением для записи активности каждой птицы с нескольких точек обзора, пока она прятала каждое семя.
Команда ожидала обнаружить различные активации клеток места синиц, когда они прятали семена в разных местах. Но активность клеток места на самом деле оставалась относительно стабильной. Вместо этого ученые обнаружили редкие нейронные паттерны, которые активировались примерно в 7 процентах нейронов в гиппокампе синиц, когда птицы хранили семена под клапаном. Когда синицы возвращались к этому конкретному семенному тайнику, тот же нейронный паттерн активировался повторно.
Команда сравнила эти шаблоны со штрихкодами, потому что каждый из них был уникален и, казалось, хранил информацию, связанную с определенным эпизодическим воспоминанием. «Если вы подумаете о штрихкоде в супермаркете, вы можете сохранить много информации с помощью этой одной этикетки о продукте питания, например, его цену, название и местонахождение в магазине», — говорит Четтих. Он считает, что нейронные штрихкоды у синиц работают похожим образом, сохраняя информацию, например, когда и где птица спрятала определенное семя.
Хотя каждый из нейронных штрихкодов синицы задействует только около 7 процентов нейронов в ее гиппокампе, конкретная подгруппа активированных нейронов меняется. Например, даже когда синица прячет еду прямо рядом с другим тайником, активируется другой штрихкод, который задействует другой набор нейронов в гиппокампе птицы.
Исследователи утверждают, что эти уникальные штрихкоды дают птицам четкий и быстрый способ сохранять не мешающие друг другу воспоминания о том, где спрятаны определенные вещи. Если бы они просто использовали клетки места для кодирования всех этих различных мест, все могло бы стать запутанным, говорит Четтих. Без штрихкода различение близлежащих тайников могло бы стать таким же сложным, как различение похожих, но немаркированных предметов, стоящих рядом друг с другом в продуктовом отделе.
Скотт Макдугалл-Шеклтон, психолог и биолог из Западного университета в Онтарио, изучающий познание и поведение певчих птиц, говорит, что результаты «очень новые и захватывающие». И он был бы удивлен, если бы другие птицы, запасающие еду, не использовали похожие нейронные штрихкоды, чтобы помнить, где они спрятали определенное семя. «Использование этих штрихкодов в качестве представления других видов важных событий среди ряда видов птиц и, возможно, других животных, кажется вероятным», — говорит он.
Четтих предполагает, что подобные процессы нейронов гиппокампа могут происходить у млекопитающих, включая людей. Однако наблюдение за этими короткими штрихкодовыми паттернами может оказаться сложным у других животных. Поведение синиц-гаичек, связанное с прятаньем семян, позволило относительно просто определить, когда птицы активно формируют новые воспоминания, связанные с местом. У других животных может быть сложнее определить, когда это происходит. «Было бы трудно увидеть штрихкод, если бы вы точно не знали, когда и где его искать», — говорит Четтих. «Возможно, он существует у других организмов, но пока его не обнаружили».
ДЖЕК ТАМИСИЯ — научный журналист из Вашингтона, округ Колумбия, освещающий естественную историю и окружающую среду. Подпишитесь на Тамисию в Twitter @jack_tamisieaЕще от Джека Тамисии