Ученые определили изобретательно изящную мозговую схему, состоящую всего из пяти нервных клеток, который позволяет сверчкам женского пола автоматически определять щебеты мужчин от тех же самых разновидностей до ритмичных импульсов, скрытых в рамках сцепляющегося требования.Схема использует механизм с временной задержкой, чтобы соответствовать промежуткам между импульсами в определенном для разновидностей щебете – промежутки только немногих миллисекунд.
Схема задерживает пульс точным промежутком между пульсом, так, чтобы, если это совпадает со следующим входящим пульсом, тот же самый сигнал разновидностей был подтвержден.Это – один из первые разы мозговой схемы, состоящей из отдельных нейронов, который определяет, что акустический ритм был характеризован. О результатах сообщают сегодня (11 сентября) в журнале Science Advances.
Используя крошечные электроды, ученые из Кембриджского Отдела Университета Зоологии исследовали мозг сверчков женского пола для отдельных слуховых нейронов, отвечающих на управляемые в цифровой форме щебеты крикета (даже у относительно простого организма, такие как крикет все еще есть мозг, содержащий до миллиона нейронов).После того, как расположенный, нервные клетки были окрашены флуоресцентной краской. Контролируя, как каждый нейрон ответил на здоровые импульсы щебетов крикета, ученые смогли разработать последовательность нейроны, запущенные в, позволив им распороть логику с временной задержкой схемы.Звучите как запуски обработки на слушании органов, но временные, ритмичные особенности звуковых сигналов – жизненно важный для всей акустической коммуникации от пения птиц до разговорного языка – обработаны в центральной слуховой системе мозга.
Ученые говорят, что простая, закодированная временем нейронная сеть, обнаруженная в мозгу крикетов, может быть примером фундаментальной нервной схемы, которая определяет звуковые ритмы и образцы, и могла быть основанием для «комплекса и разработать нейронные системы» у позвоночных животных.«По сравнению с нашим сложным языком у крикетов только есть несколько песен, которые они должны признать и обработать, таким образом, смотря на их намного более простой мозг, мы стремимся понимать, как нейроны обрабатывают звуковые сигналы», сказал ведущий автор доктор Бертольд Хедвиг.Как в Азбуке Морзе, содержавшей в каждом щебете крикета, несколько импульсов, вкрапленных промежутками нескольких миллисекунд.
Это – переменная длина промежутков между импульсами, которая является уникальным ритмом каждых разновидностей.Именно эта ‘Азбука Морзе’ прочитана схемой с пятью нейронами в женском мозгу.Уши сверчков расположены на их передних ногах.
При слушании звука как щебет нервные клетки отвечают и несут информацию к грудному сегменту, и на мозге.Однажды там, слуховая схема разделяет и посылает информацию в два отделения:Одно отделение (состоящий из двух нейронов) действует как линия задержки, держа обработку сигнала тем же самым количеством времени как интервал между импульсами – механизм, характерный для щебета видов сверчков. Другое отделение посылает сигнал прямо через в ‘нейрон’ датчика совпадения.
Когда второй пульс входит, он также разделен, и часть сигнала идет прямо через в датчик совпадения. Если второй пульс и задержанный сигнал от первого пульса ‘совпадают’ в нейроне датчика, то схема имеет достойный временного кода пульса в щебете их разновидностей, и заключительный нейрон продукции разжигает, когда женщина слушает правильный звуковой образец.
«Как только у схемы есть второй пульс, она может определить ритм. Первый пульс – начальное возбуждение; второй пульс тогда нанесен с отложенной частью первого. Нейрон продукции только производит сильную реакцию, если импульсы сталкиваются в датчике совпадения, означая, что выбор времени заперт, и сцепляющееся требование – матч разновидностей», сказал Хедвиг.
«С непредусмотрительностью я сказал бы, что невозможно сделать схему немного более простой – это – минимальный ряд элементов, которые требуются, чтобы делать обработку. Это – красота природы, она придумывает самые простые и изящные способы иметь дело с и обработать информацию», сказал он.
Чтобы найти самый эффективный звуковой образец, ученые в цифровой форме управляли естественными образцами пульса и играли различные образцы сверчкам женского пола, установленным на шаровом указателе в акустической палате, содержащей точно расположенных спикеров.Если особый ритм импульсов вызвал женщину, чтобы отправиться в направлении того спикера, шаровой указатель сделал запись времени реакции и направления.Как только они заточили образцы пульса, команда играла их сверчкам женского пола в измененных мини-палатах с открытыми головами и мозгами, выставленными для экспериментов.Микроэлектроды позволили им делать запись ключевых слуховых нейронов («требуется несколько часов, чтобы найти правильный нейрон в мозгу крикета»), пометьте и окрасьте их и соедините нервную схему, которая читает ритмичные импульсы, происходящие с промежутками в немного миллисекунд в мужских щебетах крикета.
Добавленный Хедвиг: «Через этот ряд экспериментов мы определили механизм задержки в нейронной схеме для слуховой обработки – что-то, что сначала предполагалось более чем 25 лет назад. Эта схема с временной задержкой могла быть довольно фундаментальной как пример для других типов нейронной обработки в другом, возможно намного больше, мозги также».
Исследование финансировалось Биотехнологией и Научным советом Биологических наук (BBSRC).