Исследователи разбирают "биологические часы", регулирующие пение птиц. | Советы девушкам

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 другие формы поведения, что привело к новым представлениям о функциях нейронных сетей.

«Многие сложные, усвоенные формы поведения, такие как удар мячом для гольфа или игра на скрипке, требуют невероятно точного времени на уровне нейронного возбуждения», – сказал Дэже Цзинь, доцент физики в Пенсильванском университете 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 задержки 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 инструменталиста. Чтобы включить этот голосовой дисплей, у зябликов есть специальные «часы», называемые HVC, в их мозгу, которые регулируют ритм песни. В HVC группы нейронов срабатывают в предсказуемой последовательности, которая соответствует исполнению песни.

«HVC часто называют часами, потому что они управляют очень сложным движением – песней, – где точное время так важно», – 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 срабатывают 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 о 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 позволяет добиться более высокого разрешения, потому что вы не получаете этих отметок».

Команда обнаружила широкое распределение 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 предполагают, что аксоны играют решающую роль в синхронизации нейронных цепей и должны быть включены в будущие модели».

Leave comment

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.

три × 5 =