Мушиный мозг образует ассоциативные связи с помощью кратковременной памяти.
Мозг насекомых устроен иначе, чем мозг зверей, да и размерами он слишком мал, чтобы мы могли допустить, что он способен на те же трюки, что и мозг млекопитающих. Какие-то базовые процедуры вроде управления сном, голодом, жаждой и пр., очевидно, они выполняют схожим образом. Но если говорит о высших когнитивных функциях вроде памяти и способности манипулировать информацией, то тут от мозга насекомых и мозга зверей никакого сходства не ждёшь.
(Фото: Dimijana / Depositphotos)
Открыть в полном размере
Сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Диего изучали поведение дрозофил с помощью довольно хитроумного устройства: они создали панорамный дисплей, с помощью которого мухе казалось, что она летит, тогда как она на самом деле оставалась на месте. Изображение на дисплее двигалось в зависимости от того, как муха махала крыльями — соответственно, менялось направление «полёта», угол обзора и т. д.; фактически, это было что-то вроде виртуальной реальности. В какой-то момент дрозофиле показывали некую картинку, а спустя какое-то время к картинке добавлялось повышение температуры. Дрозофила реагировала на нагрев и меняла курс; спустя какое-то время она меняла курс, просто увидев ту самую картинку.
В первом варианте опыта «температурное» изображение и собственно нагрев перекрывались: температура повышалась до того, как исчезала картинка. Во втором варианте опыта картинка сначала исчезала, а спустя 5–20 секунд начинала повышаться температура. Чтобы связать одно с другим, нужно было обратить внимание на картинку, запомнить её и удержать в памяти как минимум на эти 5–20 секунд. Подобную процедуру легко выполняет мозг зверей и птиц — и, как оказалось, мозг дрозофил. Исследователи следили за потоками ионов кальция в нейронах мозга мух: их специально модифицировали, чтобы потоки ионов было видно по светимости флуоресцентных молекул. Движение кальция указывает на активность нервных клеток, так что можно было в реальном времени наблюдать, как работает кратковременная мушиная память.
В статье в Nature говорится, что на уровне зон мозга и нейронных цепей работу кратковременной памяти у дрозофил можно сравнить с работой кратковременной памяти у зверей. В мозге дрозофил удалось определить зону, которая за неё отвечает — это эллипсоидное тело в так называемом центральном комплексе, который обычно сравнивают по значимости и по функциям с корой полушарий звериного мозга. Запоминание и обучение у мух зависело от дофамина: выброс дофамина предшествовал повышению температуры, то есть с его помощью муха понимала, чего нужно ждать в ближайшее время.
Если в перерыве между картинкой и нагревом на дрозофил действовали какие-то другие стимулы, например, она внезапно чувствовала неожиданное дуновение воздуха, то связь между картинкой и температурой запоминалась хуже. Муха просто отвлекалась и забывала, что было перед нею только что; впрочем, то же самое происходит и с птицами, и со зверями.
Кажется, что запомнить что-нибудь на несколько секунд не так уж трудно, но, повторим, это нам не трудно, и на самом деле кратковременная память устроена весьма и весьма непросто, как с психологической, так и с нейробиологической точки зрения. Насчёт насекомых вообще и мух в частности до сих пор не было уверенности, что они могут формировать ассоциации между разными стимулами, один из которых к тому же перестал действовать — то есть он должен был остаться в уме. Поскольку дрозофилы оказались к этому способны, их можно использовать, чтобы изучать общие нейробиологические закономерности, которые лежат в основе подобных когнитивных навыков.