Описан механизм, позволяющий стрекозам предугадывать чужие движения

Зрение многих животных позволяет им выделять и удерживать во внимании объекты на текстурированном фоне. Более того, некоторые организмы могут предвосхищать наблюдаемые движения. У позвоночных этот навык опосредуется специфической активацией ганглионарных клеток, расположенных в сетчатке глаза: как правило, перемещение предсказывается исходя из прямой траектории, причем прошлое местоположение наблюдаемого не ложится в основу прогноза. Восприятие человека, в свою очередь, предполагает возрастающую активацию нейронов при взгляде на двигавшийся, но временно остановившийся объект. Это указывает на дополнительные механизмы обработки информации. Менее ясно то, как подобное предвосхищение происходит у беспозвоночных, например стрекоз.

Как и человек, стрекозы могут захватывать и отслеживать передвижение видимых объектов несмотря на визуальный шум. В 2013 году ученые показали, что за это, по-видимому, отвечают специальные нейроны CSTMD1 — они тормозят активацию других клеток, игнорируя второстепенные раздражители. Однако нейронный механизм выделения стимула и прогнозирования его траектории оставался неизвестным. Чтобы восполнить пробел, в новой работе авторы провели эксперимент с 63 самцами стрекоз Hemicordulia tau. С помощью электрофизиологических методов они регистрировали активацию клеток в ответ на шесть типов стимулов.

Перед насекомыми находился монитор, на котором изображались движущиеся на белом фоне черные или серые квадраты. Стимулы перемещались по прямым траекториям, но, в зависимости от сессии, систематически исчезали и продолжали движение в аналогичном, противоположном или перпендикулярном направлении в другой области экрана. Таким образом, исследователи могли проследить пространственную активацию CSTMD1 с учетом типа раздражителя. В соответствии с  прошлыми испытаниями, рецептивное поле этой клетки простиралось от дорсальной части (брюха) через срединную линию тела к периферии. По аналогии с человеком, предвосхищение дальнейшей траектории объекта вызывало у стрекоз резкий рост чувствительности CSTMD1 с одновременным подавлением ближайших регионов. По словам ученых, это может свидетельствовать о наличии у этих насекомых активного внимания.

В случае исчезновения стимула такая активация распространялась далее, при этом предсказание направления также опиралось на предыдущее местоположение добычи. Исследователи отмечают, что подробное описание этого нейронного механизма может помочь не только в изучении эволюции нервной системы и обработки визуальных данных, но и в совершенствовании машинного зрения. В будущем открытие может использоваться, в частности, автопилотами для предвосхищения поведения других участников дорожного движения.

Подробности работы представлены в журнале eLife.

Ранее ученые описали технологию киборгизации насекомых методом оптогенетики и показали полет стрекозы-киборга.