Запах уксуса или фруктов позволяет плодовым мушкам ходить быстрее. Чтобы добраться до еды, они бегут до изнеможения.
Но, несмотря на их усилия, они не приближаются к своей цели: в лаборатории школы естественных наук Вайенштефана TUM верхняя часть тела крошечных мух фиксируется на месте, и мухи бегут, никуда не попадая.
Движением ног они крутят шар, который плывет на воздушной подушке. Скорость поворота показывает нейробиолог профессор Илона С. Грюнвальд Кадоу, сколько усилий тратит плодовая муха на поиск пищи.
"Наши эксперименты показывают, что голодные люди продолжают увеличивать свою производительность – они бегают до девяти метров в минуту. Сытые плодовые мушки сдаются намного быстрее », – сообщает исследователь. "Это доказывает, что даже простые организмы проявляют стойкость и настойчивость – до сих пор считалось, что эти качества присущи людям и другим высшим организмам."
Нейронная цепь контролирует настойчивость
Вместе с Юлианой Горгджиевой, профессором вычислительной нейробиологии в TUM и руководителем группы в Институте исследований мозга Макса Планка во Франкфурте, а также международной и междисциплинарной группой исследователей, Грюнвальд Кадоу выявил нейронную цепь в мозгу маленького человека. мухи, которые контролируют такую настойчивость.
Не случайно исследователи исследовали мотивацию плодовых мушек. "В мозгу этих мух в миллион раз меньше нервных клеток, чем в мозге человека. Это значительно упрощает выяснение того, что и как делает отдельный нейрон », – объясняет профессор. "Таким образом, мы можем понять принципы работы нейронных цепей, которые также составляют основу работы сложного мозга."
Сила нейронов
Чтобы определить нейронную цепь, отвечающую за мотивацию, команда использовала различные методы: во-первых, была создана математическая модель, которая имитирует взаимодействие внешних и внутренних раздражителей, например запах уксуса и голода.
На следующем этапе нейробиологи ТУМ совместно с коллегами из США и Великобритании определили интересующую сеть в мозге плодовой мушки. Это было достигнуто с помощью электронной микроскопии, а также визуализации in vivo и поведенческих экспериментов.
Результат: интересующая нейронная цепь расположена в центре обучения и памяти мозга мух.
Он контролируется двумя нейротрансмиттерами допамином и октопамином, который связан с человеческим норадреналином. Дофамин увеличивает активность цепи, я. е. повышает мотивацию; октопамин снижает желание прилагать усилия.
«Поскольку эти нейротрансмиттеры и соответствующие цепи также существуют в мозге млекопитающих, мы предполагаем, что аналогичные механизмы решают, продолжать или останавливать», – заключает нейробиолог.
В долгосрочной перспективе исследователи надеются, что их результаты помогут понять, почему взаимодействие нейронов и веществ-мессенджеров в мозгу, например, при зависимости выходит из-под контроля.