مگس ها از کجا می دانند کجا در فضا هستند؟
او این را به اشتراک می گذارد
عضو
شما آزاد هستید که این مقاله را تحت مجوز Attribution 4.0 International به اشتراک بگذارید.
تحقیقات جدید پیشرفت قابل توجهی در حل معمای این است که چگونه مغز جهت حرکت یک حیوان را هنگامی که سر به یک جهت و بدن در جهت دیگر حرکت می کند محاسبه می کند.
ناوبری همیشه طبق برنامه پیش نمی رود - درسی که مگس ها به سختی می آموزند وقتی باد مخالف قوی آنها را به عقب می راند، برخلاف بال بال ها. ماهی‌هایی که در رودخانه شنا می‌کنند، خرچنگ‌هایی که به طرفین برخورد می‌کنند و حتی افرادی که به سمت چپ آویزان شده‌اند در حالی که به سمت راست نگاه می‌کنند با چالش‌های مشابهی روبرو هستند.
در مطالعه جدید، محققان گزارش کردند که مغز مگس دارای مجموعه‌ای از نورون‌ها است که بدون توجه به جهتی که سر در آن حرکت می‌کند، سیگنال می‌دهند.
اکتشافات جدید در طبیعت همچنین به تفصیل توضیح دهید که چگونه مغز مگس این سیگنال را از ورودی های پایه حسگر محاسبه می کند.
گبی میمون، عصب شناس دانشگاه راکفلر، می گوید: «این نورون ها نه تنها جهت حرکت مگس را نشان می دهند، بلکه این کار را در چارچوب مرجع جهان محور انجام می دهند. چنگ لیو، نویسنده اول، فارغ‌التحصیل آزمایشگاه میمون، می‌افزاید: آنچه قابل توجه است، این است که این حشرات ورودی‌های حسی مرتبط با بدن را به یک سیگنال جهانی تبدیل می‌کنند و به مگس اجازه می‌دهند تا بدانند که مثلاً 90 درجه در حال حرکت است. سمت راست خورشید یا شمال.
حتی وقتی چشمانمان را می بندیم، معمولاً تصور خوبی از اینکه کجای اتاق هستیم و با کدام مسیر روبرو هستیم، داریم. این به این دلیل است که حتی در تاریکی، مغز ما یک درک درونی از مکان ما در فضا ایجاد می کند.
در دهه 1980، دانشمندان کشف کردند که گروهی از سلول‌ها به نام سلول‌های جهت سر نقش کلیدی در شناخت جهت‌گیری زاویه‌ای خود ایفا می‌کنند و بعداً کشف شد که مگس‌ها سلول‌هایی با عملکرد مشابه دارند. فعالیت سلولی زاویه ای را که سر به آن نشانه می رود نشان می دهد، مشابه اینکه چگونه یک سوزن قطب نما جهت گیری فرد را در محیط نشان می دهد.
همه چیز خوب است وقتی ما راه می رویم - یا مگس ها پرواز می کنند - در همان جهتی که سر چرخانده می شود. سلول های جهت سر را می توان برای به روز رسانی حس درونی جایی که شخص می رود استفاده کرد. اما اگر در حالی که رو به شرق هستیم به سمت شمال برویم، یا اگر مگسی بخواهد به جلو وزوز کند در حالی که باد آن را به عقب می راند، سلول های جهت سر در جهت اشتباه قرار می گیرند. با این حال، سیستم هنوز کار می کند. مگس ها از تحقیر جریان های باد نسبتاً مزاحم نمی شوند و مردم وقتی برای دیدن مناظر برمی گردند گم نمی شوند. لیو و میمون تعجب کردند که مگس‌ها چگونه می‌دانند به کجا می‌روند، حتی زمانی که سلول‌های سرشان اطلاعات نادرستی را منتقل می‌کنند.
برای پاسخ به این سوال، لیو مگس‌های میوه را به مهارهای مینیاتوری چسباند که فقط سر حشرات را در مکانی نگه می‌دارد که به او اجازه می‌دهد فعالیت مغز را ثبت کند و مگس‌ها را آزاد بگذارد تا بال‌های خود را بال بزنند و بدن خود را در یک محیط مجازی هدایت کنند. این محیط حاوی چندین نشانه بصری بود، از جمله نور روشنی که خورشید را نشان می‌داد و میدانی از نقاط تیره‌تر که می‌توانستند طوری تنظیم شوند که مگس احساس دمیدن به سمت عقب یا به طرفین کند.
همانطور که انتظار می رفت، سلول های جهت سر به طور مداوم جهت گیری مگس را به سمت خورشید، شبیه سازی شده توسط نور درخشان، بدون توجه به حرکت نقاط ضعیف تر، نشان می دهند. محققان همچنین مجموعه جدیدی از سلول ها را شناسایی کرده اند که نشان می دهد مگس ها در حال حرکت هستند، نه فقط جهت حرکت سرشان.
به عنوان مثال، اگر مگس ها مستقیماً به سمت خورشید به سمت شرق جهت گیری شده باشند در حالی که به عقب باز می گردند، این سلول ها نشان می دهند که مگس ها (عملا) به سمت غرب سفر می کنند. میمون می‌گوید: «این اولین مجموعه سلول‌های شناخته شده است که نشان می‌دهد چگونه یک حیوان در چارچوب مرجع جهان محور حرکت می‌کند.
اما تیم همچنین تعجب کرد که چگونه مغز مگس جهت حرکت حیوان را در سطح سلولی محاسبه می کند. لیو و میمون با همکاری لری ابوت، نظریه پرداز موسسه زوکرمن دانشگاه کلمبیا، توانستند نشان دهند که مغز مگس در چیزی شبیه به ریاضیات درگیر است.
یک دانشجوی فیزیک که مسیر یک جسم را ترسیم می کند، مسیر اجزای حرکت ترسیم شده روی محورهای x و y را تقسیم می کند. به طور مشابه، در مغز مگس، چهار دسته از نورون ها که به حرکت بصری حساس هستند، جهت حرکت مگس را به صورت اجزای چهار محوره نشان می دهند. هر کلاس عصبی را می توان به عنوان نماینده یک بردار ریاضی در نظر گرفت. زاویه بردار در جهت محور مرتبط است. طول بردار نشان می دهد که مگس با چه سرعتی در این جهت حرکت می کند.
میمون می‌گوید: «شگفت‌انگیز است که یک مدار عصبی در مغز مگس، این چهار بردار را می‌چرخاند تا به درستی با زاویه خورشید در یک راستا قرار گیرند و سپس آنها را جمع‌آوری کند. "نتیجه یک بردار خروجی است که در جهت حرکت مگس به سمت خورشید است."
ریاضیات برداری چیزی بیش از یک قیاس برای محاسبات است. در عوض، به نظر می رسد که مغز مگس به معنای واقعی کلمه در حال انجام عملیات برداری است. در این زنجیره، جمعیت های نورون ها به صراحت بردارها را به عنوان امواج فعالیت نشان می دهند، با موقعیت موج نشان دهنده زاویه بردار و ارتفاع موج نشان دهنده طول آن است. محققان حتی این ایده را با دستکاری دقیق طول چهار بردار ورودی و نشان دادن اینکه بردار خروجی تغییر می‌کند دقیقاً همانطور که مگس‌ها به معنای واقعی کلمه بردارها را جمع‌آوری می‌کنند، آزمایش کرده‌اند.
ما یک استدلال قوی داریم که آنچه در اینجا اتفاق می افتد اجرای صریح ریاضیات برداری در مغز است. میمون میگه "آنچه این مطالعه را منحصر به فرد می کند این است که ما با شواهد گسترده نشان می دهیم که چگونه مدارهای عصبی عملیات ریاضی نسبتا پیچیده ای را انجام می دهند.
مطالعه حاضر روشن می کند که چگونه مگس ها درک می کنند که در حال حاضر به کدام سمت می روند. تحقیقات آینده بررسی خواهد کرد که چگونه این حشرات مسیر خود را در طول زمان دنبال می‌کنند تا بدانند به کجا رسیده‌اند. لیو می‌گوید: «سوال اصلی این است که چگونه مغز سیگنال‌های مربوط به جهت حرکت و سرعت حیوان را در زمان ادغام می‌کند تا خاطرات را شکل دهد. محققان می‌توانند از یافته‌های ما به عنوان بستری برای مطالعه اینکه حافظه فعال در مغز چگونه به نظر می‌رسد، استفاده کنند.»
این یافته ها ممکن است بر بیماری های انسانی نیز تأثیر بگذارد. از آنجایی که سردرگمی فضایی اغلب نشانه اولیه بیماری آلزایمر است، بسیاری از دانشمندان علوم اعصاب علاقه مند به درک چگونگی ایجاد حس درونی فضا توسط مغز هستند. میمون می‌گوید: «این واقعیت که حشرات با مخچه‌شان دانش صریحی از جهت حرکت دارند، باید محققان را وادار کند که به دنبال سیگنال‌های مشابه و عملیات کمی مشابه در مغز پستانداران باشند».
چنین یافته‌ای می‌تواند جنبه‌هایی از اختلال عملکرد زمینه‌ای بیماری آلزایمر و همچنین سایر اختلالات عصبی را که بر شناخت فضایی تأثیر می‌گذارند، نشان دهد.»
منبع: دانشگاه راکفلر
[ad_2]