Нейростарости: аксолотль может не только отрастить себе мозг, но и нейронное разнообразие (видео)

То, что способная к самостоятельному размножению личинка мексиканской амбистомы, более известная как аксолотль, обладает недюжинными способностями к регенерации, известно давно. Так же давно известно, что аксолотль может отрастить себе и утраченный участок мозга. Однако оставалось неясным, восстанавливается ли нейронное разнообразие в регенерируемом участке. Ответ решили дать нейрозоологи из Гарвардского университета в своей статье в журнале eLife, которая вышла в 2016 году.

Аксолотль


В своем эксперименте издевающиеся над животным учёные при помощи стереотаксической хирургии удалили у аксолотля достаточно большой участок паллиума – «плаща мозга», совокупности слоев серого и белого вещества, аналога коры больших полушарий у человека.

Поскольку «полушарий» у аксолотля два, у авторов был в том же животном и контрольный образец. После травмы авторы следили за восстановлением при помощи оптических наблюдений и МРТ (да-да, аксолотлям тоже делают МРТ). Рана в мозге полностью закрылась уже на четвёртой неделе после удаления части паллиума, а на одиннадцатой неделе она была уже вообще неразличима.

Подробности заращивания травмы/Amamoto et al


Авторы исследования сделали ценные наблюдения о том, как происходит восстановление мозга у аксолотля, но главное – при помощи белковых маркеров они смогли установить, что животное полностью восстановило все субпопуляции нейронов, которые были удалены. Так что аксолотль не просто достраивает пустое место из уже имеющихся клеток, а создает новые нейроны – и именно такие, как надо.

Нейронное разнообразие паллиума аксолотля/Amamoto et al


 

Видео: Amamoto et al


Текст: Алексей Паевский

Adult axolotls can regenerate original neuronal diversity in response to brain injury

Ryoji Amamoto Violeta Gisselle Lopez Huerta Emi Takahashi Guangping Dai Aaron K Grant Zhanyan Fu Paola Arlotta

eLIFE

https://doi.org/10.7554/eLife.13998.003

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Лошадь фыркает от счастья

Неожиданный «индикатор» хорошего настроения у лошадей обнаружили этологи. Оказалось, что лошадиное фырканье свидетельствует о положительных эмоциях, испытываемых лошадью. Исследование опубликовано в журнале PLoS ONE 11 июля. 

Credit: Алексей Паевский/Neuronovosti.Ru


Авторы исследования внимательно наблюдали за 48 лошадьми в Бретани (18 кобыл, 25 меринов и 5 жеребцов 18 различных пород в возрасте от 4 до 22 лет), которые находились в двух «экстремально разных» условиях содержание: либо узкий денник и скудная диета, либо свободный выпас и полное обеспечение. Для того, чтобы оценить эмоциональное состояние лошадей, французские этологи использовали два индикатора – поведенческие паттерны (некоторые движения лошадей) и постуральные (в данном случае, «постура» означало не осанку и положение тела, как у человека, а всего лишь положение ушей, которое очень четко говорит о настроении животного). Все эти характеристики суммировались в так называемые тотальные баллы стресса (total chronic stress score, TCSS). Параллельно исследователи записывали звуки, издаваемые лошадьми. При этом специальная программа могла разделить по звуковому спектру лошадиный храп, который более связан с беспокойством лошади, фырканье и простой шумный выдох (blow).

Aудиоспектрограммы храпа, выдоха и фыркания. Credit: Stomp et al.


Оказалось, что у лошадей фырканье негативно коррелирует с баллами TCSS. То есть, чем в лучшем настроении (и меньшем стрессе) находится лошадь, тем чаще она фыркает.


Текст: Алексей Паевский 

Stomp M, Leroux M, Cellier M, Henry S, Lemasson A, Hausberger M (2018) An unexpected acoustic indicator of positive emotions in horses. PLoS ONE 13(7): e0197898. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0197898

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Мозг попугая оказался похож на обезьяний

Исследование канадских нейробиологов из Университетов Альберты и Летбриджа, опубликованное в Scientific Reports, показало, что нейральный тракт, проводящий основные сигналы от коры (переднего мозга) к мозжечку через средний мозг у попугаев имеет структуру, более близкую к мозгу приматов, чем к мозгу остальных птиц. 

Сredit: Wikimedia Commons


В своей работе авторы провели анализ структуры мозга ровно 100 видов птиц (отдельно отмечая, что все исследуемые образцы мозга поступил к ним от умерших животных, не попадающих в число редких и исчезающих видов, описывая механизм «гуманной эвтаназии» животных и так далее).

Авторов интересовал относительный размер медиального заостренного ядра (medial spiriform nucleus, SpM), которое у птиц играет роль, аналогичную ядрам варолиева моста у человека. Напомним, что варолиев мост – это отдел головного мозга, основные функции которого – это передача сигналов из спинного мозга в головной и из коры в мозжечок.


Оказалось, что попугаи (Psittaciformes) отличались аномально большим медиальным заостренным ядром – так же, как и ядра варолиева моста у приматов по сравнению с остальными млекопитающими. Кстати, любопытно и расхождение – у приматов также увеличен (относительно общих размеров мозга других видов млекопитающих) и мозжечок, а вот у попугаев мозжечок имеет такой же относительный размер, как и у всех птиц.

«У попугаев SpM очень велико: в два-пять раз больше, чем у других птиц, например, куриц, — говорит соавтор работы Кристиан Гутьеррес-Ибанеc из Альбертского университета в Канаде. — Получается, что попугаи независимо от приматов развили увеличенную область, соединяющую кору и мозжечок. Это еще одно удивительное свидетельство сближения между этими животными. Сперва люди обратили внимание на сложное поведение, такое как использование инструментов и самосознание, а теперь также нашли сходства в строении мозга».

Теперь ученым предстоят дальнейшие более тонкие исследования, которые помогут дать ответ о причинах такой эволюционной аномалии.


Текст: Алексей Паевский 

На иллюстрациях – голова черного какаду и схема кортикально-церебеллярного пути у приматов и у птиц.

Parrots have evolved a primate-like telencephalic-midbrain-cerebellar circuit
Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew N. Iwaniuk &
Douglas R. Wylie
Scientific Reports
volume 8, Article number: 9960 (2018)
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28301-4#Sec3 

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 93. Пчёлы «знают» про ноль (с видео)

То, что пчёлы – крайне умные насекомые, известно давно. Карл Фриш за изучение их языка даже получил Нобелевскую премию. Однако они всё продолжают удивлять и удивлять. Пчёлы оказались не только хорошими «танцорами» — они, как выяснилось, весьма неплохо считают и понимают понятие «ноля». Правда, если быть совсем строгими, то пчёлы способны оперировать понятиями «больше» и «меньше», при этом зная, что «один»  — это больше, чем «ничего».

Credit: Stockvault.net


В новой статье, опубликованной в свежем выпуске журнала Science, представлены данные, которые авторы из Мельбурнского университета уже обнародовали в прошлом августе на форуме Behavoir-2017 в Португалии.

Идея эксперимента была достаточно простой: сначала в тренировочном «сете» пчёлам показывали две карточки, на которых было изображено разное количество объектов. Подлетая туда, где объектов меньше, пчёлы получали подкрепление в виде сладкого вознаграждения. Если же объектов было больше, пчёл за карточкой ждал горький хинин. В итоге насекомые в 80 процентах случаев летели туда, где объектов было меньше.

Дальше условия эксперимента усложнили: пчёлам предстояло лететь либо к абсолютно пустой области, либо к области, где располагались от одного до шести объектов. Оказалось, что даже в этом случае пчёлы «поняли», что «ничего» значит «меньше». А это говорит уже о зачатках «абстрактного мышления», если это может быть применено к насекомым.

Сredit: RMIT University


Текст: Алексей Паевский

Numerical ordering of zero in honey bees

Scarlett R. Howard, Aurore Avarguès-Weber, Jair E. Garcia, Andrew D. Greentree, Adrian G. Dyer

Science  08 Jun 2018:
Vol. 360, Issue 6393, pp. 1124-1126
DOI: 10.1126/science.aar4975

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Раки-богомолы способны исполнять «мертвую петлю» глазами

Раки-богомолы имеют индивидуальную способность стабилизировать взгляд и обладают уникальным свойством обработки визуальной информации. К таким выводам пришли биологи из Бристольского университета Великобритании. Подробности исследования читайте на станицах журнала Proceedings of the Royal Society B.

Рак-богомол во владивостокском океанариуме. Credit: Wikimedia Commons


Ротоногие или раки-богомолы (Oratosquilla oratoria) относятся к подводным хищникам и обитают в океане. Они способны развивать огромную скорость удара: передние конечности этих животных разгоняются до 80 километров в час. Главная особенность ротоногих – глаза с 12 типами светочувствительных рецепторов, что в несколько раз превышает количество рецепторов у млекопитающих и птиц. С помощью такого комплекта фоторецепторов раки-богомолы могут воспринимать ближний ультрафиолетовый и инфракрасный диапазон света. Кроме этого, животные способны совершать глазами невероятные движения: высочайшая подвижность позволяет им вращать глазами во всех степенях свободы относительно горизонтальной оси. Причём каждый глаз совершает движения независимо от другого, что не мешает хищникам удерживать равновесие и хорошо ориентироваться в пространстве.

Способ изучения окружающей среды раками-богомолами исследователи сравнивают с работой сканера с фотографией. Так как в таком «сканировании» существует противоречие: чем больше скорость вращения глаз, тем шире захват информации об окружающих предметах, но в тот же момент быстрота движений не дает получать четкую картинку, биологи решили изучить, как ротоногие выходят из такой ситуации и стабилизируют зрение.

Авторы поместили раков- богомолов в аквариум, который находился в центре вращающегося барабана. Животные оказались в аналоге аттракциона с движущимися стенами, где, по мнению учёных, их глаза должны были двигаться вместе с барабаном. Однако, иногда направление взгляда ротоногих менялось в обратном направлении, а также, выяснилось, что техника стабилизации зрения для раков-богомолов схожа с другими животными только относительно рыскания.

«Направление взгляда раков-богомолов не имеет отношения к восприятию пространства, – говорит руководитель исследования, соавтор работы Илзе Дэли (Ilse M. Daly) из Бристольского университета. – Мы пока не понимаем, зачем этим животным такая сложно устроенная визуальная система».

Учёные могут только предполагать, что данный способ получения зрительной информации о мире хорошо работает только в одном случае – полной покое особи. Если их мнение верно, то раки-богомолы вообще не имеют полноценного визуального представления об окружающей среде, а зрение используют только для слежения за движениями ярких пятен.


Текст: Екатерина Заикина

Complex gaze stabilization in mantis shrimp

By Ilse M. Daly, Martin J. How, Julian C. Partridge, Nicholas W. Roberts

DOI: 10.1098/rspb.2018.0594

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Как крокодилы Баха слушали

Международная группа учёных обнаружила в мозге пресмыкающихся индивидуальный механизм обработки звуковой информации. Оказалось, что в зависимости от сложности звукового стимула у представителей класса – нильских крокодилов – активировались разные области мозга. Подробности исследования авторы опубликовали в журнале Proceedings of the Royal Society B.

Credit: public domain


Птицы и млекопитающие общаются между своими сородичами при помощи развитых в процессе эволюции отделов конечного мозга, ответственных за обработку информации от органов чувств. У млекопитающих она представлена сочетанием серого и белого вещества, уложенного в виде «мантии» в несколько «слоев», в отличие от птиц, у которых в большей степени «мантия» имеет ядерную структуру. Несмотря на такие различия в строении конечного мозга как птицы, так и млекопитающие могут эффективно воспринимать и обрабатывать слуховую информацию примерно на одном уровне.

У пресмыкающихся система коммуникации налажена хуже, чем у других представителей высших позвоночных животных. Этот класс имеет большие отличия в механизмах обработки сенсорной информации от разных органов чувств, что может обуславливаться особенностями анатомии их конечного мозга. В новом исследовании авторы решили на функциональном уровне проследить, что происходит в мозге этих высших позвоночных при обработке сенсорных стимулов.

Феликс Строкенс (Felix Ströckens) из Рурского университета в Германии объединил учёных из разных стран мира для того, чтобы рассмотреть механизм активации областей мозга у крокодилов в фМРТ. Исследователи поместили хищников в аппарат и стимулировали их звуковыми и визуальными сигналами. Пять молодых нильских крокодилов наблюдали мигающие цветные огоньки, а также слушали простые – в два аккорда, и сложные звуки – начальные ноты «Брандербургского концерта» Иоганна Себастьяна Баха.

В результате учёные наблюдали активацию переднего отдела дорсального наджелудочкового валика – главной структуры, обрабатывающей сенсорную информацию, в головном мозге млекопитающих и птиц. В эксперименте эта зона становилась активной преимущественно во время обработки сложных слуховых стимулов. Из этого учёные заключили, что сложность обработки информации прямо пропорциональна сложности стимула. Таким образом, мозг крокодилов работает по принципу иерархии, что делает их схожими с птицами и млекопитающими.

Первые представители современного отряда крокодилов появились более 85 миллионов лет назад, и за все время существования фенотип этих пресмыкающихся изменился не сильно. Это открывает широкие возможности для углубленного изучения развития нервной системы в процессе эволюции позвоночных животных. А с помощью таких методов анализа, как фМРТ, исследователи смогут в деталях рассмотреть, какой была нервная система много веков назад.


Текст: Екатерина Заикина

Functional MRI in the Nile crocodile: a new avenue for evolutionary neurobiologyby Mehdi Behroozi, Brendon K. Billings, Xavier Helluy, Paul R. Manger, Onur Güntürkün, Felix Ströckens in ProceedingsoftheRoyalSocietyB. Published April 2018

DOI: 10.1098/rspb.2018.0178

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Лошадь помнит ваши эмоции

Исследователи из Великобритании, представляющие университеты Портсмута и Суссекса, в условиях контролируемого эксперимента сумели показать, что лошади способны распознавать эмоции на лицах людей по фотографии и хранить эти воспоминания в долговременной памяти. Статья опубликована в журнале Current Biology.

Ход эксперимента. Credit: Universities of Sussex and Portsmouth.


Эксперимент, позволивший утверждать это, был достаточно изящен. Лицо двух человек сфотографировали в двух вариантах. В одном человек улыбался и располагал к себе, в другом – «надевал» на себя угрожающую гримасу. Затем эти фотографии в случайной выборке (10 одних выражений лица и 11 противоположных) показывали на протяжении 2 минут 21 лошади. На следующий день лошадей подводили уже к реальному сидящему человеку, которому было дано задание не выражать никаких эмоций и демонстрировать нейтральное выражение лица.

Оказалось, что лошади, которым за день до встречи с живым человеком, показывали его «доброе» лицо, активно шли на контакт с незнакомцем. Те же, которым показывали лицо с угрозой, всем своим поведением показывали, что сидящий перед ней человек опасен для нее и вырывали поводья из рук. Важно отметить, что испытуемые не знали, какой из двух их портретов за день до эксперимента показали лошади.

Портреты и реакции лошадей на них. Credit: Leanne Proops et al, 2018


Интересно, что предыдущие исследования университета Суссекса показали, что животные склонны рассматривать «негативные» события с помощью левого глаза из-за специализации правого полушария мозга для обработки угрожающих стимулов (как мы помним, информация из левого глаза обрабатывается в правом полушарии).

Профессор Карен Маккомб из Университета Суссекса так комментирует результаты исследования: «Мы обнаружили, что лошади могут не только читать выражения лица человека, но также могут помнить Предыдущее эмоциональное состояние человека, когда они встречаются с ними позже в тот день – и, что важно, что они соответствующим образом адаптируют свое поведение. По сути, у лошадей есть память об эмоциях».


Текст: Алексей Паевский

 “Animals Remember Previous Facial Expressions that Specific Humans Have Exhibited” by Leanne Proops, Kate Grounds, Amy Victoria Smith, Karen McComb in Current Biology. Published April 26 2018.
doi:10.1016/j.cub.2018.03.035

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Видео дня: ворон умелый

 Находящийся под угрозой исчезновения гавайский ворон (гавайск.‘Alalā) пополнил список животных, способных применять инструменты в поиске пищи. Уникальные навыки позволяют им искусно выковыривать маленьких насекомых из древесины с помощью тонкой палочки менее, чем за одну минуту. Результаты наблюдения за животными в контролируемых условиях были опубликованы в Nature. 

gavaii

Однако первопроходцами в таком важном деле, как работа с инструментом, среди врановых стал новокаледонский ворон (лат. Corvus moneduloides). Этот обитатель острова Новая Каледония в Тихом океане всерьёз заставил учёных задуматься, почему ни до кого из других 40 видов воронов не дошёл такой «технологический прогресс».

«Ранее мы отметили, что новокаледонские вороны имеют необычайно прямой клюв, и заинтересовались, может ли это стать приспособлением для удержания инструмента, подобным большому пальцу человека», — говорит доктор Кристиан Рутц (Christian Rutz), этолог из Сент-Эндрюсского университета (University of St. Andrews) в Шотландии.

Об уникальных интеллектуальных способностях новокаледонских воронов сообщалось и ранее в журнале Royal Society Open Science.

Несмотря на небольшой размер головного мозга, количество нейронов у этих птиц достаточное для того, чтобы выполнять сложные моторные действия. К сожалению, гавайские вороны сейчас живут только в зоопарках, а все попытки выпустить их на волю оказывались неудачными. Международная группа учёных и специалистов по охране природы наблюдала за поведением 104 из 109 ныне живущих воронов.
Восемьдесят процентов животных спонтанно использовали инструменты для решения задачи, причём, результаты показали, что вид имеет предрасположенность, позволяющую птенцам внезапно взять в клюв палочку независимо друг от друга и без предварительного наблюдения за взрослыми птицами.

«Интересно, что вороны Alalā состоят с новокаледонскими воронами лишь в очень отдалённом родстве. Их последний общий предок жил около 11 миллионов лет назад, что позволяет с уверенностью предположить, что их инструментальные навыки возникли независимо друг от друга», — отмечает Рутц.

Учёные связывают появление навыка у этих видов с относительно благоприятными условиями обитания на тропических островах в Тихом океане, где меньше хищников и конкурентов, что не требует от птиц постоянной концентрации внимания. Среди других представителей фауны, которые научились применять орудия, выделяют морских котиков, дельфинов, осьминогов, шимпанзе, стервятников, слонов и древесных вьюрков.

#нейрозоология
#конгитивистика
Текст: Виктория Зюлина
Discovery of species-wide tool use in the Hawaiian crow by Christian Rutz, Barbara C. Klump, Lisa Komarczyk, Richard A. Switzer, Bryce M. Masuda et al. in Nature. Published online September, 2016. doi:10.1038/nature19103

 
 

Собаки распознают и смысл, и интонацию сказанного

Любая устная речь содержит два источника информации: собственно слова и то, что говорящий вкладывает в интонацию. Эти два смысла распознаются разными частями мозга: смысл слов расшифровывает левое полушарие мозга, тогда как интонацию расшифровывает правое полушарие. Как работают эти две системы расшифровки информации: вместе или независимо? Есть ли у животных способность распознавать смысл слова и интонацию? 
Один из способов ответить на эти вопросы – это сравнительные исследования, как работает мозг у собак. Именно это сделала венгерская группа под руководством Адама Миклоши и опубликовала в журнале Science.
При помощи фМРТ исследователи проследили, какие зоны активируются в мозге собак, когда они слышали четыре различные предложения: слова похвалы с интонацией одобрения, слова похвалы, сказанные с нейтральной интонацией, нейтральные предложения, сказанные с хвалебной интонацией и нейтральные предложения, сказанные с нейтральной интонацией. Предложения зачитывались на венгерском, голосом кинолога, хорошо знакомым всем собакам, участвующим в эксперименте.
Исследователи обнаружили, что левое полушарие у собак было ответственно за распознавание знакомых слов (узнавались слова похвалы, но не незнакомые предложения), при этом распознавание слов происходило вне зависимости от интонации сказанного. Правое полушарие необходимо было, чтобы различать разные интонации вне зависимости от смысла слов. Интересно, что, для того, чтобы активировалась зона мозга, ответственнся за удовольствия у собак (reward zone), предложение должно содержать и слова похвалы, и правильную интонацию. Если перефразировать: ваша собака понимает вас вне зависимости от вашей интонации, но начинает ожидать награды, только когда похвала сказана с эмоциями.
stockvault-dog113301
Какие важные выводы из этого можно сделать? Мозг собаки, как и человека, имеет способность различать как лексического смысла сказанного, так и смысл, заложенный в интонации. Получается, сам факт изобретения языка, сложной системы для общения и передачи информации, а не особые способности мозга для переработки этой информации, делает человека уникальным.
#нейроновости
#фМРТ
#нейрозоология
#когнитивистика
Текст: Дарья Овсянникова
Иллюстрация: www.stockvault.com
Neural mechanisms for lexical processing in dogs
А.Andics, A. Gábor, M. Gácsi, T. Faragó, D. Szabó, Á. Miklósi
Science, doi: 10.1126/science.aaf3777

Мозг птерозавра позволил найти недостающее звено

Палеонтологи из Аргентины сумели проникнуть в тайны мозга крылатых ящеров. Найденные не так давно останки нового вида птерозавра позволили восстановить структуру его мозга. Открытие опубликовано в журнале Peer J.

allkauren

Птерозавр, паривший в небе Южной Америки 160 миллионов лет назад получил название Allkauren koi. Первое, родовое название, в переводе с вязыка индейцев Патагонии означает «древний мозг», а видовое дополнение означает «озёрный», поскольку окаменелости его были найдены в озёрной фации. В общем, останки-то и представляли собой череп длиной около 10 сантиметров.

Важным оказалось то, что окаменелость содержала в себе неповреждённый эндокаст – внутреннюю полость, некогда содержавшую мозг. Авторы подвергли находку процедуре компьютерной томографии (если быть точным, специальной микро-КТ или µCT).

Разрешение полученной 3D-модели составило 0.047310 × 0.047310 × 0.047310 мм, в результате чего в журнале PeerJ появились прекрасные реконструкции мозга и внутреннего уха птерозавра.

endocast

Реконструированный эндокаст птерозавра

Уникальность полученных данных состояла и в том, что обычно птерозавров подразделяют на две большие группы – более примитивных рамфоринховых (Rhamphorhynchoidea) с менее развитым мозгом и более длинным хвостом и «продвинутых» птеродактилоидов (Pterodactyloidea) с коротким хвостом и более развитым мозгом. Allkauren koi  имеет «мозаичный» мозг, имеющий признаки как первых, так и вторых. Поэтому палеонтологи очень рады обнаружить «недостающее звено» между двумя большими группами вымерших животных.

Текст: Алексей Паевский

Codorniú L, Paulina Carabajal A, Pol D, Unwin D, Rauhut OWM. (2016) A Jurassic pterosaur from Patagonia and the origin of the pterodactyloid neurocranium. PeerJ 4:e2311 https://doi.org/10.7717/peerj.2311