Названный «Flyception», когда он был объявлен в 2016 году как система, которая может регистрировать свободно гуляющие мухи, новый «Flyception2» использует более совершенную систему отслеживания и записи, которая позволяет мухам свободно перемещаться, позволяя исследователям изучать деятельность мозга во время сложных форм поведения.
Технология, которая, по словам исследователей, позволила получить первое изображение того, что происходит в мозге во время спаривания в любом организме, описана в статье, опубликованной в Nature Communications.
«Эта технология позволила записать животное, когда оно движется совершенно непривязанным и свободным в любом смысле», – сказал Ральф Гринспен, профессор Отделения биологических наук и Департамента когнитивных наук и заместитель директора Института Кавли.
Мозг и разум (KIBM). «Сила системы в том, что она дает нам информацию в реальном времени о том, что делают клетки мозга, и понимание социального поведения."
Разработанный первым автором Дхрувом Гровером и соавтором Такео Кацуки, Flyception2 отличается новаторским дизайном, в котором исследователи хирургическим путем имплантируют прозрачное окно на голову мухи. Три маркера, расположенные треугольником на окошке, позволяют им записывать сверхбыстрые движения – скорость 20 миллиметров в секунду для мух – в то время как они взаимодействуют с другими мухами, с камерами, которые отслеживают животное и записывают со скоростью 1000 кадров в секунду.
Записи Flyception2 показали беспрецедентную информацию о деятельности мозга. Например, нейробиологам давно известно, что нервные клетки мозга, называемые нейронами P1, активны во время ухаживания. Это было подтверждено данными Flyception2 – по мере приближения самца мухи к самке активность P1 возрастала. Но ученые были удивлены, увидев, что нейроны P1 у самцов мух впоследствии отключались во время секса.
Скорее, данные показали, что нейрон, известный как mAL, который связан с нейромедиатором ГАМК, включается во время копуляции.
«Только с помощью этой системы мы смогли получить неожиданное открытие, что нейроны P1 неактивны во время копуляции», – сказал Гровер. «Моя гипотеза заключается в том, что при включении нейронов MAL нейронная активность P1 снижается, что предполагает компенсирующий эффект MAL в противодействии активности P1."
Первоначальные результаты – это первый шаг в отслеживании и анализе ряда моделей поведения, которые Flyception2 позволяет ученым изучать.
Исследователи говорят, что наблюдение за мозгом самки мух во время ухаживания и спаривания – неизведанная область исследований.
«Мы надеемся, что такого рода технический прогресс, который возможен только на данном этапе в плодовой мушке, может начать прорывать путь для других организмов», – сказал Гринспен. "Ученые начинают проводить параллели между тем, какие части мозга, по-видимому, произошли от одних и тех же предшественников у беспозвоночных и у млекопитающих.
По мере того, как люди будут проводить больше молекулярных исследований, мы сможем проводить эти параллели более подробно."
Помимо Гровера, Кацуки и Гринспена, соавторами исследования являются Джинфанг Ли из KIBM и Томас Докинз из KIBM и факультета электротехники и компьютерной инженерии инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего.