Люди стремятся надеть тёплую одежду, когда им холодно, и устроиться поближе к кондиционеру, когда жарко. Так сенсорная информация о температуре, поступая в мозг, меняет наше поведение. Однако точный механизм этого процесса долгое время оставался загадкой. Чтобы выявить его, клеточные биологи из Гарварда использовали популярный модельный организм — рыбку данио-рерио. Детали работы были изложены в журнале Neuron.
Использовав техники визуализации всего мозга, команда смогла выяснить, как нервы на мордочке рыбы воспринимают окружающую температуру, как эта информация поступает в задний мозг животного и как влияет на поведение.
«В отличие от нас, данио-рерио не могут регулировать температуру тела. Они живут в мелководных водоёмах, где температура может колебаться довольно сильно, поэтому для них важно ориентироваться в этих колебаниях», — поясняет Мартин Хэсемейер, один из авторов работы.
Процесс восприятия температуры у данио-рерио не сильно отличается от человеческого — для него используются соматосенсорные нейроны в области лица (или, в случае с рыбками, морды). Затем информация поступает к клеткам тройничного узла — утолщения в области тройничного нерва, охватывающего глаза, нижнюю и верхнюю челюсть.
«У людей и данио-рерио тройничный узел расположен между глазом и ухом. Таким образом, мы можем наблюдать за тем, как тройничный узел "кодирует" температуру и что происходит с его клетками, когда она меняется. Мы выяснили, что некоторые клетки активно реагируют на повышение температуры, а другие — на понижение», — говорит Хэсемейер.
Однако одной лишь этой информации недостаточно, чтобы изменить поведение рыбы. В заднем мозге данио-рерио исследователи также выделили группу клеток, которые не только обрабатывают информацию о температуре, но и рассчитывают, в каком направлении должна двигаться рыбка, чтобы согреться или охладиться.
Хотя для того, чтобы понять, как работают эти клетки, необходимы дальнейшие исследования, у учёных уже есть гипотеза.
"Мы полагаем, что всё дело в адаптации нейронов. Это значит, что если удерживать входящий сигнал, не меняя его силу, на протяжении некоторого времени, то активность нейронов постепенно будет падать. Мы думаем, что здесь происходит именно это. Мы считаем, что в заднем мозге есть клетки, связанные с клетками тройничного узла, и они почти незаметны, пока температура не меняется. Но как только становится теплее или холоднее, они активизируются", — рассказывает Хэсемейер.
Хэсемейер и его коллеги планируют в будущем разработать более детальную модель работы заднего мозга данио-рерио.
"Из этого исследования мы вынесли модель, которая хорошо подходит для изучения влияния стимулов и предсказания поведения и активности в мозге. Но её сложно назвать полной, так как предстоит ещё выяснить, как благодаря особенностям клеток происходит выбор направления. Я предполагаю, что это распространённое явление среди животных, поэтому будет интересно изучить, как именно это происходит", — делится он.
Текст: Алла Салькова
На фото - "лицо" малька данио-рерио
“A Brain-wide Circuit Model of Heat-Evoked Swimming Behavior in Larval Zebrafish”
Martin Haesemeyer, Drew N. Robson, Jennifer M. Li, Alexander F. Schier, and Florian Engert
doi:10.1016/j.neuron.2018.04.013
