مغز مگس‌ها تغییرات محیط را پیش‌بینی می‌کند

دیدارنیوز ـ به نقل از نوروساینس‌نیوز، پژوهش جدیدی که در "دانشگاه شیکاگو" (UChicago) انجام شده است، نشان می‌دهد که مگس‌ها برای اجرای مانور‌های فرار، تغییرات محیط را پیش‌بینی می‌کنند. این اعتماد به اطلاعات پیش‌بینی شده برای هدایت رفتار نشان می‌دهد که پیش‌بینی ممکن است یک ویژگی کلی سیستم عصبی حیوانات در پشتیبانی از تغییرات سریع رفتاری باشد.

حیوانات از سیستم عصبی حسی خود استفاده می‌کنند تا اطلاعاتی در مورد محیط اطراف خود به دست آورند و سپس رفتار‌های خاصی را در واکنش به آنچه تشخیص داده‌اند، انجام می‌دهند. با وجود این، پردازش اطلاعات در سیستم عصبی، زمان می‌برد و این بدان معناست که محیط می‌تواند با پردازش کامل اطلاعات پیشین، تغییر کند.

"استفانی پالمر" (Stephanie Palmer)، از پژوهشگران این پروژه گفت: این موضوع واقعا در تعامل میان شکارچی و طعمه مهم است. برای یک مگس، همه چیز در گزیدن انسان خلاصه می‌شود و انسان نیز سعی دارد از گزیده شدن خود پیشگیری کند. با وجود این، محیط اطراف مگس‌ها به سرعت در حال تغییر است و نورون‌های آن‌ها به کندی واکنش نشان می‌دهند. ما می‌خواستیم این موضوع را بررسی کنیم که مگس‌ها چگونه می‌توانند برای پیشگیری از خورده شدن توسط شکارچیان، رفتار‌های اجتناب‌ناپذیر نشان دهند.

پژوهشگران برای پاسخ دادن به این سوال، یک رویکرد بینارشته‌ای را به کار گرفتند. پالمر گفت: ما توانستیم ثبت دقیق رفتار را که توسط گروه دیگری انجام شده بود، به کار بگیریم و از آن‌ها برای پاسخ دادن به این سوال استفاده کنیم که آیا سیستم بینایی مگس با استفاده از تشخیص ابتدایی یک تهدید، پیش‌بینی می‌کند که می‌تواند زمان پردازش بازخورد را افزایش دهد یا خیر.

پژوهش پیشین که "سیوی وانگ" (Siwei Wang)، پژوهشگر ارشد این پروژه انجام داده است، یک مدل نظری را در مورد نحوه کارکرد رمزگذاری حرکت در سیستم بینایی مگس مورد بررسی قرار می‌دهد.

وانگ گفت: من در مورد نحوه گسترش این ایده‌ها به پیش‌بینی، ایده‌ای داشتم و این پژوهش به من امکان داد تا مدل خود را با داده‌های مربوط به رفتار در زندگی واقعی مقایسه کنم و به آزمایش نظریه خود بپردازم.

پژوهشگران با استفاده از نمودار‌های دقیق اتصال میان سلول‌های عصبی در سیستم بینایی پرواز، واکنش بینایی را شبیه‌سازی کردند.

پالمر گفت: ما پیش‌بینی مطلوب و پیش‌بینی مگس را با یکدیگر مقایسه کردیم و سپس به بررسی شبیه‌سازی پرداختیم تا قسمت‌هایی را که برای انجام دادن این پیش‌بینی‌ها مهم‌تر هستند، شناسایی کنیم.

پژوهشگران، ساختار‌هایی موسوم به "اتصالات شکاف آکسون" (axonal gap junctions) را شناسایی کردند که کانال‌هایی فیزیکی برای اتصال نورون‌ها هستند. همچنین آن‌ها دریافتند که یک زیرگروه از نورون‌های حسی حرکتی که در پیش‌بینی نقش دارند، منحصر به فرد هستند، زیرا مستقیما به نورون‌های فرمان پرواز مگس متصل می‌شوند. این نشان می‌دهد که یک ورودی مستقیم از نورون‌ها که مسئولیت پیش‌بینی در مورد محیط پرواز را بر عهده دارد، به نورون‌هایی متصل است که رفتار مگس را کنترل می‌کنند. شاید این ارتباط مستقیم بتواند توضیح دهد که چگونه پیش‌بینی‌هایی که مگس انجام می‌دهد، می‌توانند به سرعت بر رفتار آن اثر بگذارند.

شناسایی این ساختار‌ها و توانایی سیستم بینایی مگس در پیش‌بینی کردن، احتمالا بینشی را در مورد نحوه پیش‌بینی‌های مشابه در سایر حیوانات ایجاد می‌کند.

پالمر گفت: این نظریه‌ها نهایتا ممکن است که بینش‌هایی را در مورد عملکرد مغز انسان ارائه دهند. یکی از بزرگترین چالش‌های ما به عنوان انسان، درک نحوه عملکرد همه عناصر داخل سر است. بینش‌های حاصل از پژوهش در مورد مگس‌ها می‌تواند قابل تعمیم باشد و سرنخی در مورد عملکرد مغز را ارائه دهد.

این پژوهش، در مجله "PLOS Computational Biology" به چاپ رسید.