|
Тайны сознания осьминога
|
|
|
|
Новое исследование, проведенное профессором Бенни Хохнером из Института наук о жизни Александра Зильбермана в Еврейском университете и профессором Джеффом Лихтманом из Гарвардского университета, выявило сложную нейронную архитектуру, управляющую загадочными процессами обучения Octopus vulgaris. Это исследование представляет многообещающую модель для изучения сетей памяти с последствиями как для познания головоногих, считающихся самыми умными беспозвоночными, так и для более широкого понимания процессов памяти, в том числе у людей. Выводы опубликованы в журнале eLife. Осьминог, отделенный от нас 700 миллионами лет эволюции, демонстрирует когнитивные способности, соперничающие с высшими позвоночными. Команда профессора Хохнера из Еврейского университета сосредоточилась на вертикальной доле центральной нервной системы осьминога, которая имеет решающее значение для обучения и памяти. Они стремились сравнить нейронные сети и механизмы у разных видов.
|
|
|
|
Сотрудничество с лабораторией профессора Джеффа Лихтмана в Гарвардском университете позволило использовать инновационную автоматизированную подготовку тканей и новые алгоритмы реконструкции с помощью машинного обучения. Эта передовая технология позволила нарезать и сортировать ультратонкие срезы толщиной всего лишь 30 миллионных долей миллиметра, создавая трехмерное представление структурных элементов, составляющих сеть. Профессор Хохнер отметил: «Наши предыдущие исследования выявили удивительный феномен долговременного усиления синапсов (Long-Term Potentiation — LTP) даже в пределах вертикальной доли осьминога. Этот феномен признан универсальным синаптическим процессом, необходимым для обучения и памяти, привлек наше внимание».
|
|
|
«Мы тщательно наметили соединение вертикального лепестка, используя точность электронного микроскопа, достигнув разрешения порядка 4 миллионных долей миллиметра. Вместе с командой профессора Джеффа Лихтмана из Гарвардского университета мы разработали роботизированную систему вместе с сложный вычислительный алгоритм, уникально способный организовать сотни ультратонких срезов (каждый толщиной всего лишь 30 миллионных долей миллиметра) в всеобъемлющую трехмерную структуру.Этот инновационный подход позволил нам проследить коннектом, а именно сложные синаптические связи между нейронными элементами, составляющими сеть." Под руководством постдокторских исследователей доктора Флави Бидель из Еврейского университета и доктора Ярона Мейровича из Гарвардского университета был тщательно реконструирован мельчайший объем ткани, представляющий вертикальную долю, чтобы раскрыть коннектом. Благодаря применению передовых алгоритмов машинного обучения и точной аннотации исследователи наметили проводку вертикальной доли в мозге осьминога.
|
|
|
|
Это бросило вызов устоявшимся представлениям о функциональности нейронных сетей в контексте обучения и памяти. В отличие от типичных моделей, сеть с вертикальными лепестками работает в конфигурации с прямой связью, как улица с односторонним движением, с информацией только от входных нейронов к выходным нейронам, которые контролируют поведение осьминога. Центральным элементом этой простоты является организационная структура примерно 25 миллионов интернейронов, разделенных на две отдельные группы: простые амакриновые клетки (SAM) и сложные амакриновые клетки (CAM). SAM, насчитывающие около 23 миллионов, специализируются на изучении визуальных характеристик посредством синаптического подкрепления. Напротив, CAMs, общее количество которых составляет около 400 000, играют ключевую роль в консолидации уровней активности.
|
|
|
|
Два типа клеток посылают свои ветви аксонов для соединения с более крупными клетками в выходном слое. Простые клетки, которые передают «усвоенную» информацию, делают большие клетки активными, а сложные клетки делают их менее активными, контролируя эффективность работы мозга. Эта эволюционная адаптация подчеркивает уникальное когнитивное мастерство осьминога, способствуя нашему пониманию нервных механизмов, важных для когнитивных функций. Исследование показывает, что Octopus vulgaris является бесценным модельным организмом для углубленного изучения сетей приобретения памяти и открывает двери для дальнейшего разгадывания тонкостей когнитивных процессов головоногих, обогащая наше понимание памяти у различных видов.
|
|
|
|
Источник
|
