Биологи из Мичиганского университета обнаружили нейронную сеть, которая позволяет плодовым мушкам преобразовывать внешние стимулы различной интенсивности в решение «да или нет» о том, когда нужно действовать. Результаты исследования опубликованы в журнале Current Biology.
Credit: Yujia Hu et al., Current Biology
Представьте, что вы работаете возле открытого окна. Если внешний шум достаточно низкий, вы можете его даже не заметить. По мере того, как уровень шума постепенно увеличивается, вы начинаете замечать его все больше, и в конечном итоге ваш мозг принимает решение, нужно ли встать, чтобы закрыть окно. Но как нервная система переводит это постепенное линейное увеличение интенсивности в бинарное поведенческое решение «да/нет»?
Для ответа на этот вопрос ученые провели исследование на личинках плодовых мушек (Drosophila melanogaster). Используя метод визуализации, который определяет активность нервных клеток посредством передачи кальциевых сигналов между нейронами, ученые смогли получить трехмерное изображение активности всей центральной нервной системы мух.
Когда сенсорные нейроны обнаруживают вредные внешние раздражители, они отправляют информацию нейронам второго порядка в центральной нервной системе. Исследователи обнаружили, что область нервной системы под названием «заднее медиальное ядро» реагирует на сенсорную информацию, либо подавляя менее интенсивные сигналы, либо усиливая более интенсивные, эффективно сортируя градиент сенсорных сигналов на категории «реагировать» или «не реагировать».
Сигналы усиливаются за счет увеличения количества нейронов второго порядка в нейронной сети: слабый стимул может активировать, например, два нейрона второго порядка, тогда как более интенсивный стимул может активировать 10 нейронов второго порядка в сети. В результате более крупная сеть вызывает поведенческий ответ.
Но чтобы принять решение «да/нет», нервной системе нужно не только усиливать информацию (для ответа «да»), но также подавлять ненужную или менее значимую информацию (для ответа «нет»). Оказалось, что информация о вредных стимулах меньшей интенсивности отфильтровывается задним медиальным ядром за счет высвобождения ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты) – вещества, которое подавляет коммуникацию между нейронами.
Полученные данные раскрывают биологический механизм, который нервная система плодовой мушки использует для преобразования градиента сенсорной информации в бинарную поведенческую реакцию. Авторы считают, что этот механизм может служить моделью для обучения искусственного интеллекта более быстрой сортировке информации.
Текст: Диана Галимова
A Neural Basis for Categorizing Sensory Stimuli to Enhance Decision Accuracy by Yujia Hu, Congchao Wang et al. in Current Biology, October 2020.
