Jak muchy owocowe wykorzystują wewnętrzne reprezentacje kierunku głowy w celu wspierania nawigacji zorientowanej na cel

31 sierpnia 2024 r. funkcja

Artykuł ten został przeanalizowany zgodnie z procesem redakcyjnym i zasadami Science X. Redaktorzy zwrócili uwagę na następujące cechy, dbając jednocześnie o wiarygodność treści:

• zweryfikowane faktycznie
• publikacja z recenzją przez rówieśników
• zaufane źródło
• skorygowane

przez Ingrid Fadelli, Phys.org

Zachowanie zwierząt jest znane z przekształcania informacji sensorycznych w polecenia ruchu, często pod wpływem wewnętrznych potrzeb zwierzęcia. Podczas gdy u ssaków i innych dużych zwierząt ten proces jest wspierany przez skomplikowane procesy mózgowe, prostsze wersje mogą również kierować zachowaniem mniejszych organizmów, w tym owadów.

Aby zaplanować swoje działania, gdy sygnały sensoryczne nie są dostępne, niektóre zwierzęta ewoluowały w kierunku polegania na wewnętrznych reprezentacjach swojego związku z otoczeniem. Te reprezentacje mogą zawierać informacje dotyczące kierunku głowy lub zbierane przez komórki miejsca, neurony w hipokampie, które tworzą wewnętrzne "mapy" środowisk.

Ostatnio badacze z Howard Hughes Medical Institute zbadali, jak muchy owocowe jednocześnie mapują nowe środowiska i wykorzystują te reprezentacje wewnętrzne do nauki celów do osiągnięcia. Ich artykuł, opublikowany w Neuron, oferuje nowe spojrzenie na to, jak reprezentacje wewnętrzne mogą kierować zachowaniem zwierząt skierowanym na cel.

'Zakotwiczenie celów do reprezentacji przestrzennych umożliwia elastyczną nawigację, ale jest trudne w nowych środowiskach, gdy obie reprezentacje muszą być zdobywane jednocześnie,' napisali Chuntao Dan, Brad K. Hulse i ich koledzy. 'Proponujemy ramy dla tego, jak Drosophila używa reprezentacji wewnętrznych kierunku głowy (HD) do budowania reprezentacji celów za pomocą selektywnego wzmocnienia termicznego.'

Badacze przeprowadzili eksperymenty na zwykłych muchach owocowych (Drosophila melanogaster). Zachowanie much zostało uwarunkowane za pomocą ciepła, które było powiązane z różnymi wystąpieniami powtarzających się wzorców wizualnych.

Te wzorce wizualne zmieniały wewnętrzne reprezentacje HD much, pozwalając badaczom obserwować, jak ewolucja reprezentacji HD oddziaływała na cele much i ostatecznie kształtowała ich zachowanie. Korzystając z algorytmów uczenia maszynowego i danych zebranych podczas wcześniejszych badań na muchach owocowych, badacze próbowali ustalić, w jaki sposób te procesy mogą być przeprowadzane w obszarze mózgu owada znanym jako centralny kompleks (CX).

'Pokazujemy, że muchy używają stochastycznie generowanych punktów skupienia i kierowanych ruchów gałkowatych, aby wyrazić preferencje kierunkowe w warunkach operacyjnego uczenia wzrokowego i że neurony HD są wymagane do modyfikowania tych preferencji na podstawie wzmocnienia,' napisali Dan, Hulse i ich koledzy. 'Wykorzystaliśmy symetryczne ustawienie wizualne, aby pokazać, jak reprezentacje HD i celów much równocześnie ewoluują i jak niezawodność tych oddziałujących reprezentacji wpływa na zachowanie.'

Wnioski z tego ostatniego badania oferują nowe spojrzenie na to, jak muchy jednocześnie mapują swoje otoczenie i łączą wewnętrzne cele z utworzonymi mapami podczas początkowego doświadczania nowego środowiska. Analizując swoje dane eksperymentalne i wcześniej zebrane wyniki za pomocą modeli obliczeniowych, badacze stworzyli ramy opisujące, w jaki sposób mózg muchy wspiera zachowanie kierowane na cel w nowych środowiskach.

'Opisujemy, jak szybkie uczenie się nowych celów kierunkowych może polegać na polityce zachowania, których parametry są elastyczne, ale których forma jest genetycznie zakodowana w architekturze obwodu,' napisali Dan, Hulse i ich koledzy. 'Takie architektury ewolucyjne, które umożliwiają szybką adaptacyjność zachowania kierowanego przez reprezentacje wewnętrzne, mogą być istotne w różnych gatunkach.'

Podczas gdy zespół przeprowadzał eksperymenty na muchach owocowych, architektury obwodów i procesy przypominające te, które odkryli, mogą również istnieć u innych gatunków. Przyszłe badania, wykorzystujące techniki genetyczne, mogą rzucić więcej światła na komórki przenoszące proces uczenia się kierowanego na cel zidentyfikowany przez badaczy lub mogą pomóc zidentyfikować analogiczne procesy u innych zwierząt.

Więcej informacji:
Chuntao Dan et al, A neural circuit architecture for rapid learning in goal-directed navigation, Neuron (2024). DOI: 10.1016/j.neuron.2024.04.036

Informacje o czasopiśmie:
Neuron

© 2024 Sieć Science X