Два аспекта памяти - быстрое обновление и долговременная - обычно считаются несовместимыми, однако насекомые объединили их.
Мы, люди, универсальные и опытные навигаторы, но насекомые могут иметь навыки навигации еще лучше. Для них это буквально вопрос жизни и смерти - и именно поэтому мы решили заморозить некоторых муравьев и жуков (не волнуйтесь, они все же выжили), чтобы узнать больше о том, как они помнят дорогу домой после прогулки.
Их навыки впечатляют. Муравьи, живущие в солончаках Сахары, могут путешествовать более чем на километр, всегда зная свое местоположение относительно своего гнезда. На этой местности нет ориентиров или других особенностей, которые помогли бы муравьям узнать, где они находятся. Вместо этого, подобно великим исследователям, таким как Христофор Колумб и Фердинанд Магеллан, муравьи используют положение Солнца на небе в качестве компаса и собственное движение для оценки расстояний. Если вы знаете направление и расстояние, которое вы прошли от дома, вы можете провести линию, указывающую назад к нему. Это позволяет муравьям безопасно вернуться домой, найдя пищу.
Чтобы получить некоторое представление о том, что делают эти замечательные насекомые, учтите, что один километр примерно в 100 000 раз превышает длину тела муравья. Это эквивалентно тому, как если бы человек шел из Нью-Йорка в Вашингтон, округ Колумбия, а затем обратно, всегда зная правильное направление и то, как далеко ему нужно пройти, не используя ориентиры.
Мы хотели узнать больше о том, как они это делают.
В мозгу насекомого
Эта техника использовалась, чтобы увидеть, как мозг насекомого отслеживает свое направление, и определить клетки мозга, которые кодируют скорость движения насекомого. С помощью этой информации его мозг может вычислить расстояние, которое он проехал, постоянно добавляя текущую скорость в память во время поездки.
И направление, и расстояние, пройденное насекомым, кодируются нейронами в его мозгу, когда оно удаляется от своего гнезда. Но как это сохраняется в их памяти, чтобы они могли найти дорогу назад?
Исследование памяти
Честно говоря, это была довольно загадочная головоломка. Быстро движущиеся насекомые должны постоянно обновлять свою память о направлении и расстоянии на лету, и все же они могут помнить это в течение нескольких дней. Эти два аспекта памяти - быстрое обновление и долговременная - обычно считаются несовместимыми, однако насекомым, похоже, удается их совмещать.
Мы решили выяснить, как именно насекомым удается запоминать постоянно обновляющиеся воспоминания в течение длительного периода времени, и решили, что замораживание насекомых - лучший способ найти ответ. Звучит странно, я знаю, но позвольте мне объяснить почему.
Анестезиологи знают, что когда кто-то находится под анестезией, он забывает некоторые вещи, которые произошли до анестезии, но помнят другие, в зависимости от того, как эти воспоминания хранятся. Самое близкое к анестезии насекомых - их охлаждение. Когда их температура снижается до температуры тающего льда (0ºC), электрическая активность в головном мозге прекращается, и насекомые впадают в кому.
Если их память о направлении и расстоянии сохраняется в виде кратковременной электрической активности, они будут стерты при замораживании, но если они хранятся в синапсах между нейронами (как долговременная память), они исчезнут. поддерживаться.
Итак, мы ловили муравьев и жуков вдали от гнезд и охлаждали их до температуры тающего льда (0ºC) в течение 30 минут. Затем мы вернули их к температуре окружающей среды и, как только они выздоровели, выпустили их в незнакомом месте, чтобы посмотреть, что они будут делать.
Обычно, когда этих насекомых выпускают в незнакомом месте их домашней среды, они бегут прямо туда, где было бы их гнездо, если бы их не вытеснили. То есть они будут бежать параллельно своему обычному пути, и как только они преодолеют ожидаемое расстояние, они начнут искать вход в свое гнездо.
Но мы обнаружили, что замороженные насекомые двигались в ожидаемом направлении, но забыли расстояние, которое им нужно было пройти - это означало, что они начали искать вход в свое гнездо слишком рано.
Первоначально вызывало недоумение, что память о расстоянии ухудшалась, а память о направлении сохранялась - этот результат не давал четкого различия между кратковременной (забытой) и долговременной (сохраненной) памятью, которую мы ожидал. Но мы думаем, что лучшим объяснением этого явления являются не две отдельные памяти, а одна общая память, которая кодирует направление и расстояние вместе - и частично распадается при замораживании.
Вот как мы думаем, что это работает.
Представьте, что вместо запоминания расстояния и направления (или угла) вы помните свое положение в координатах x-y, то есть в декартовой системе координат, которую мы изучали в школе.
Тогда, если вы потеряете часть своей памяти, ваши значения x и y будут уменьшены, и, предполагая, что вы потеряете одинаковую долю памяти по обеим осям, вы получите более короткое расстояние, но все же под одним углом или направлением. Похоже, что насекомые использовали декартову систему координат, чтобы вернуться домой, задолго до того, как Рене Декарт формализовал эту концепцию. Как это круто?
Будь то человек или насекомое, мы все должны вернуться домой. Изучение того, как мозг насекомых запоминает, поможет нам понять, как это делают и мы, люди.
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.