یک شبکه عصبی که نشان دهنده مسیری است که گورخرماهی در آن حرکت می کند

مطالعات گذشته نشان داده است که مغز برخی از حیوانات نمایش هایی از جهتی که آنها به سمت آن حرکت می کنند تولید می کند. برای مثال، جهت حرکت حشرات با فعالیت نورون‌ها در ناحیه‌ای در مرکز مغز آن‌ها که به مجموعه مرکزی معروف است، نشان داده می‌شود.

محققان دانشگاه فنی مونیخ اخیراً مطالعه‌ای را با هدف شناسایی شبکه‌های عصبی مشابهی که جهت حرکت گورخرماهی را نشان می‌دهند، انجام داده‌اند و در عین حال پویایی زیربنایی آنها را نیز آشکار می‌کنند. یافته های آنها، منتشر شده در علوم اعصاب طبیعت، شبکه خاصی را در مغز عقب قدامی گورخرماهی مشخص کنید که به نظر می رسد نشان دهنده جهت حرکت آنها باشد.

روبن پورتوگوس، یکی از محققانی که این مطالعه را انجام داده است، به مدیکال اکسپرس گفت: «کار قبلی در آزمایشگاه من منطقه‌ای را نشان داد که در تصمیم‌گیری، به ویژه تصمیم‌گیری به چپ یا راست چرخیدن، دخیل است.

“این ناحیه، هسته بین ساقه ای، یک ساختار دایره ای است که در وسط مغز مهره داران یافت می شود. آناتومی و دینامیک این ساختار مغز ما را به یاد ساختار دایره ای عمیق مغز حشرات، بدن بیضی می اندازد. برای ناوبری مهم است و نشان داده شد که جهت حرکت حشرات را نشان می دهد.”

این مطالعه اخیر از کارهای قبلی انجام شده توسط تیم های تحقیقاتی دیگر، مانند آزمایشگاه Vivek Jayaraman در موسسه پزشکی هاوارد هیوز در ویرجینیا و آزمایشگاه Gaby Maimon در دانشگاه راکفلر، الهام گرفته است. این کارها ناحیه ای از مغز را شناسایی کردند که به نظر می رسد جهت حرکت حشرات را نشان می دهد.

بنابراین، پورتوگز و همکارانش در آزمایشات خود به طور خاص به دنبال نمایش جهت حرکت در نورون‌های گورخرماهی بودند که به این ناحیه مغز می‌تابیدند.

Portugues توضیح داد: “نرون های جهت هدایت در جوندگان در دهه 90 یافت شد، با این حال شبکه کامل هرگز مشاهده نشد و ما درک درستی از نحوه ایجاد نمایش عنوان نداشتیم.” “هدف اصلی ما در این مطالعه یافتن شبکه جهت حرکت گورخرماهی و تصویربرداری از بخش بزرگی از شبکه به طور همزمان بود. این به ما اجازه داد تا شبکه و نحوه نمایش مسیر حرکت حیوان را مشخص کنیم.”

پورتوگز و همکارانش در آزمایشات خود، نورون های مغز عقبی گورخرماهی را با استفاده از تکنیک های تصویربرداری عملکردی بررسی کردند. به طور خاص، آنها تصاویر را با استفاده از میکروسکوپی که ساختند، به نام میکروسکوپ صفحه نور، جمع آوری کردند که می تواند فعالیت چندین نورون را به طور همزمان تصویر کند.

Portugues گفت: “ما همچنین مورفولوژی نورون ها را در این منطقه از مجموعه داده های میکروسکوپ الکترونی موجود بازسازی کردیم.” از این مجموعه داده می‌توان تشخیص داد که این نورون‌ها پیش‌بینی‌های خود را کجا ارسال می‌کنند و چگونه به نورون‌های دیگر در شبکه متصل می‌شوند. بازسازی‌های ما نشان داد که نورون‌های جهت هدایت، نورون‌های عنوان را که جهت مخالف را نشان می‌دهند، مهار می‌کنند. این تضمین می‌کند که فقط یک جهت واحد در هر نقطه زمانی معین نشان داده می شود.”

از زمانی که دانشمندان علوم اعصاب چندین دهه پیش برای اولین بار وجود به اصطلاح “نرون های جهت حرکت” را کشف کردند، مدل های نظری زیادی برای توضیح نحوه اتصال این نورون ها در یک شبکه معرفی شده اند. مطالعات روی حشرات تطابق زیبایی را بین تئوری و آزمایش‌ها نشان داده است، اما در مورد شبکه‌های جهت حرکت در مهره‌داران (یعنی حیواناتی که دارای ستون فقرات یا ستون فقرات هستند، بسیار اندک می‌توان گفت).

پورتوگوس و همکارانش اولین کسانی هستند که یافته هایی را جمع آوری کردند که تأیید می کند مدارهای عصبی جهت حرکت در مغز گورخرماهی نیز وجود دارد.

Portugues گفت: “کار اخیر ما وجود چنین شبکه هایی را در مغز مهره داران نشان می دهد.” “به لطف شفافیت گورخرماهی و اندازه کوچک، ما می‌توانیم معماری شبکه را آشکار کنیم و به ما درک مکانیکی از نحوه کارکرد آن بدهیم. علاوه بر این، در حالی که حشرات و مهره‌داران مغزهای بسیار متفاوتی دارند، ما نشان می‌دهیم که سیستم‌های جهت حرکت در هر دو به اشتراک گذاشته می‌شوند. بسیاری از الگوهای اتصال، نشان می دهد که برخی از اصول معماری سیستم های عصبی در سراسر قلمرو حیوانات حفظ شده است.”

یافته‌های اخیر جمع‌آوری‌شده توسط این تیم از محققان می‌تواند به زودی راه را برای مطالعاتی هموار کند که به دنبال بازنمایی عصبی جهت حرکت در مغز سایر مهره‌داران، مانند گونه‌های مختلف ماهی، پرندگان، دوزیستان، خزندگان یا حتی پستانداران هستند. در مجموع، این آثار می توانند نور جالب جدیدی را در مورد چگونگی ذخیره یا نمایش تصمیمات حیوانات در مورد مکان سفر در مغزشان بیافزایند.

Portugues افزود: “در مطالعه اخیر خود، شبکه ای را کشف کردیم که سیگنال جهت حرکت را رمزگذاری می کند.”

ما اکنون قصد داریم کشف کنیم که این سیگنال چگونه تولید می‌شود، این سیگنال به کجا در مغز مخابره می‌شود و ماهی‌ها چگونه از آن برای حرکت در محیط استفاده می‌کنند. به طور خاص، ما می‌خواهیم بررسی کنیم که وقتی حیوان به سمت یک هدف حرکت می‌کند، چه اتفاقی می‌افتد. از سیگنال عنوان استفاده می‌کند و وقتی این سیگنال مختل شود چه اتفاقی می‌افتد.”

© 2023 Science X Network