Воспринимать что-то в своем окружении – значит осознавать то, что обнаруживают ваши органы чувств. Нейробиологи Колумбийского университета впервые идентифицировали схему работы клеток мозга у плодовых мушек, которая преобразует необработанные сенсорные сигналы в цветовые восприятия, способные управлять поведением. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Neuroscience.
«Многие из нас считают сами собой разумеющимися насыщенные цвета, которые мы видим каждый день – красный цвет спелой клубники или глубокий карий цвет глаз ребенка. Но цвета не существуют вне нашего мозга», – говорит Руди Бехния, главный исследователь Колумбийского института Цукермана и автор статьи. Он объясняет, что цвета – это восприятие, которое мозг формирует по мере осмысления более и менее длинных волн света, регистрируемых глазами.
«Превращение сенсорных сигналов в восприятие мира – это то, как мозг помогает организмам выживать. Я надеюсь, наши усилия по раскрытию нейронных принципов, лежащих в основе восприятия цвета, помогут лучше понять, как мозг выделяет из окружающей среды те особенности, которые важны для того, чтобы прожить каждый день», – говорит доктор Бехния.
В новой работе команда ученых сообщает об обнаружении у плодовых мушек особых сетей нейронов – типов клеток мозга, избирательно реагирующих на различные оттенки, которые обозначают воспринимаемые цвета. Цвет связан с определенными длинами волн света или их комбинациями, которые сами по себе не являются цветовыми. «Оттенкоизбирательные» нейроны находятся в зрительной доле мозга.
Среди цветов, на которые реагируют эти нейроны, есть те, которые люди воспринимают как фиолетовые, и другие, соответствующие ультрафиолетовым волнам (не различимым человеком). Обнаружение ультрафиолета важно для выживания некоторых существ, таких как пчелы и, возможно, плодовые мушки; многие растения, например, обладают ультрафиолетовыми узорами, которые могут помочь насекомым найти пыльцу.
Ранее ученые уже сообщали об обнаружении в мозге животных нейронов, которые избирательно реагируют на разные цвета или оттенки, скажем, на красный или зеленый. Но никому не удавалось проследить нейронные механизмы, обеспечивающие такую избирательность.
Здесь пригодилась недавно полученная карта коннектома мозга мухи. По словам доктора Бехниа, на этой сложной карте подробно описано, как связаны между собой около 130 000 нейронов и 50 миллионов синапсов в мозге мухи размером с маковое зерно.
Используя коннектомы в качестве ориентира – подобно картинке на коробке с головоломкой, служащей руководством к тому, как тысячи кусочков подходят друг к другу, – исследователи использовали свои наблюдения за клетками мозга для создания диаграммы, которая представляет собой нейронную схему, лежащую в основе избирательности оттенков. Затем ученые изобразили эти схемы в виде математических моделей, чтобы исследовать их деятельность и возможности.
Моделирование не только показало, что в этих цепях может происходить активность, необходимая для селекции оттенков, но и указало на тип межклеточной взаимосвязи, известный как рекуррентность, без которой селекция оттенков невозможна. В нейронных схемах с рекуррентными связями выходы схемы возвращаются обратно, чтобы стать входами. Это позволило провести еще один эксперимент.
«Когда мы с помощью генетического метода нарушили часть этой периодической связи в мозге плодовых мушек, нейроны, которые ранее демонстрировали селективную активность, потеряли это свойство, что укрепило уверенность в том, что мы действительно обнаружили схему мозга, связанную с восприятием цвета», – говорит доктор Санс-Диес.
«Теперь мы знаем немного больше о том, как схема мозга позволяет создавать перцептивное представление о цвете. Я надеюсь, наши новые открытия помогут объяснить, как мозг производит все виды восприятия, в том числе цвет, звук и вкус», – заключил доктор Бехния.
Автор Анна Щербакова
Заглавное изображение: Columbia's Zuckerman Institute
