Дослідження механізмів управління поведінкою мозком на прикладі плодової мушки Drosophila melanogaster відкриває нові перспективи у розумінні нейронних процесів, що стоять за складними рухами та діями.
Дослідження проводилося під керівництвом Йонаса Брауна і Фемке Хуртак у групі Рамдьї та опубліковано в журналі Nature.
Мозок є центральним органом управління, який контролює рухи організму за допомогою передачі сигналів через “низхідні нейрони” (DN), які відповідають за координацію дій. Однак, через величезну кількість DN в організмах, таких як миші або люди, вивчення їхньої ролі може бути складним завданням. Наприклад, у людському мозку кількість таких нейронів перевищує один мільйон, що ускладнює розуміння їхньої взаємодії.
Плодова мушка Drosophila melanogaster з її порівняно простою нервовою системою (приблизно 1300 DN) стала ідеальною моделлю для вивчення поведінкових нейронних механізмів. Незважаючи на обмежену кількість нейронів, вона демонструє здатність до складних поведінкових дій, таких як політ, ходьба та навіть “танці” під час шлюбних ритуалів. Простота організації нервової системи Drosophila, разом з наявністю сучасних генетичних інструментів, дозволяє дослідникам ефективно аналізувати роль низхідних нейронів.
Вчені під керівництвом Павана Рамдьї виявили, що “командні нейрони” в мозку Drosophila не працюють ізольовано, а активують складні нейронні мережі. Ці нейронні мережі відповідають за координацію таких дій, як ходьба або догляд за антенами. Дослідження, опубліковане в журналі Nature, показало, що DN, які відповідають за складні рухи, активують великі мережі нейронів, тоді як простіші дії потребують меншої кількості активованих зв’язків.
За допомогою оптогенетики, яка дозволяє керувати нейронами за допомогою світла, вчені зуміли активувати певні групи командних DN у мозку плодової мушки і спостерігати за їх впливом на поведінку. Виявилося, що такі дії, як ходьба вперед чи назад, залежать від активації різних мереж DN, що додає нових даних до розуміння координації мозку.
Картування конектому — графа, що відображає синаптичні зв’язки між нейронами, — дозволило дослідникам побачити, як саме різні DN взаємодіють один з одним. Було виявлено, що командні DN активують спеціальні нейронні мережі, які працюють разом, щоб забезпечити складну поведінку, як-от ходьба або біг.
Це дослідження допомогло виявити механізм організації складної поведінки у Drosophila і заклало основу для подальших досліджень у сфері нейронаук. Розуміння того, як мозок перетворює сигнали на дії, може сприяти створенню нових роботизованих систем, що здатні на складну поведінку. Окрім того, такі дослідження можуть надати важливу інформацію про порушення рухової активності людини, що стане важливим кроком у лікуванні різних неврологічних захворювань.