Исследователи разбирают «биологические часы», регулирующие пение птиц.

By Алина Игнатенко No comments

Исследователи разбирают
Группа исследователей из Университета Пенсильвании и Нью-Йорка деконструировала важные «биологические часы» в мозгу зебровых вьюрков и обнаружила, что «провода» между нейронами, называемые аксонами, играют решающую роль в точном времени ухаживания птиц. песня. Предоставлено: Кристофер Огер-Домингес.

Согласно новому исследованию, точное время сложного пения птицы отчасти зависит от часто игнорируемых «проводов», соединяющих нейроны в мозгу птицы. Команда исследователей из Пенсильванского университета и Нью-Йоркского университета деконструировала важные «биологические часы», которые регулируют пение птиц и другое поведение, что привело к новым способам осмысления функции нейронных сетей.

«Многие сложные, усвоенные формы поведения, такие как удар мячом для гольфа или игра на скрипке, требуют невероятно точного расчета времени на уровне нервного импульса», — сказал Дэже Цзинь, доцент физики Пенсильванского университета и автор статьи. «Но как мозг безупречно регулирует наши мышцы таким точным образом, остается неясным. В этом исследовании мы создали модель, основанную на многолетних экспериментальных наблюдениях, которые показали, что задержки в цепях нейронов играют решающую роль в выборе времени их активации. Затем мы определили источник задержек в проводах или аксонах, которые соединяют нейроны «.

В статье, опубликованной 15 октября в журнале Cell, Джин и его коллеги обращаются к поведенческому хронометражу с помощью зебрового зяблика, маленькой австралийской певчей птицы, способной выучить песню ухаживания с мастерством мастера-инструменталиста. . Чтобы включить этот голосовой дисплей, у зябликов есть специальные «часы», называемые HVC, в их мозгу, которые регулируют продолжительность песни. В HVC группы нейронов срабатывают в предсказуемой последовательности, которая соответствует исполнению песни.

«HVC часто называют часами, потому что они контролируют очень сложное движение — песню, — где точное время имеет решающее значение», — сказал Роберт Эггер, научный сотрудник Медицинской школы Нью-Йоркского университета и ведущий автор этого исследования. . «Мы использовали передовые методы для измерения одновременной активности до 70 нейронов внутри HVC во время пения. Раньше нам приходилось измерять каждый нейрон один за другим и согласовывать их активность с песней».

Чтобы изучить, как схема может быть такой точной, Джин и его аспирант Евгений Тупиков разработали серию крупномасштабных вычислительных моделей, описывающих нейронную схему. В одном случае кластер нейронов срабатывает одновременно, что запускает следующий кластер нейронов, которые запускаются одновременно, запуская следующий кластер, например падающие домино, в том, что исследователи называют цепочкой синфайров. В альтернативной модели задержки в проводах позволяют нейронам срабатывать в несколько разное время. Результат — более точные часы.

«Мы привыкли думать о каждой группе нейронов, срабатывающих вместе, как об отдельном, дискретном тиканье секундной стрелки», — сказал Майкл Лонг, доцент нейробиологии и физиологии Медицинской школы Нью-Йоркского университета и автор статьи. «Но то, что мы на самом деле видим, больше похоже на секундную стрелку, которая движется плавно и непрерывно. Распределение задержек между проводами обеспечивает более высокое разрешение, потому что вы не получаете этих отметок».

Команда обнаружила большое количество задержек в цепи, что означает, что некоторые сигналы достигают других нейронов очень быстро, а некоторые занимают гораздо больше времени.

«Мы знали, что задержки в нейронных цепях важны на большом расстоянии, но в локальных цепях они считались незначительными и по этой причине часто игнорировались», — сказал Джин, руководивший работой по моделированию. «Эти результаты показывают, что аксоны играют решающую роль в синхронизации нейронных цепей и должны быть включены в будущие модели».

Чтобы определить, могут ли задержки аксонов играть роль в других сетях мозга, исследователи оценили задержки в области мозга грызунов, которая используется для восприятия окружающей среды, когда они двигают усами.

«Наши результаты соответствовали задержкам, которые мы наблюдали у певчих птиц, что позволяет предположить, что задержки аксонов могут играть важную роль в формировании нейронной активности в целом ряде сложных форм поведения», — сказал Джин. «Нам нужно включить задержку аксонов в то, как мы думаем о мозге и как он работает»./P>

Добавить комментарий