Видение может быть менее важным для «видения», чем способность мозга обрабатывать точки света в сложных изображениях, согласно новому исследованию визуальной системы фруктовых мух, опубликованной в онлайн-журнале Nature Communications.
Исследователи из Университета штата Вирджиния обнаружили, что очень простые глаза личинок плодовых мух, в которых всего 24 фоторецептора (человеческий глаз содержит более 125 миллионов), обеспечивают достаточно легкий или визуальный вклад, чтобы позволить относительно крупному мозгу животного собирать этот вход в изображения.
«Он раскрывает, как мы думаем о видении», – сказал Барри Кондрон, нейробиолог из колледжа искусств и наук У. Ваа, который курировал исследование. «Это говорит нам о том, что визуальный ввод может быть не таким важным, как мозг, работающий за ним. В этом случае мозг, по-видимому, способен компенсировать минимальный визуальный вклад ».
Выпускники Кондра, Элизабет Дауберт, Ник Македония и Кэтрин Гамильтон провели серию экспериментов, чтобы проверить видение личинок плодовых мух после того, как они заметили интересное поведение животных во время другого исследования нервной системы. Они обнаружили, что когда личинка была привязана к дну чашки Петри, к ней привлекали других личинок, поскольку она шевелилась, пытаясь освободиться.
Животные, видимо, увидели корчащееся движение и были привлечены к нему, охотно направляясь к нему. После нескольких дальнейших экспериментов, чтобы понять, как они восприняли движение, исследователи узнали, что почти слепые животные, вероятно, видят действие, виляя своими головами бок о бок в сканирующем движении, чтобы обнаружить это, а не только слышать его или чувствуя вибрацию или ощущая запах личинки. Это было неожиданностью из-за очень простого и ограниченного видения личинок плодовых мух.
«Ответ должен быть в большом, довольно сложном мозге этих животных», – сказал Кондрон. «Они могут взять всего пару десятков точек света, а затем обработать это на узнаваемые образы; что-то вроде, когда астроном с небольшим телескопом может использовать методы для уточнения ограниченного изображения в полезную информацию о звезде ».
Кондон полагает, что животные могут собирать полезные изображения, быстро просматривая головы и, таким образом, собирают достаточно светлых точек, чтобы мозг мог составить панорамное изображение, достаточно ясно, чтобы «видеть».
Исследователи протестировали это, представив личинку с видео из извивающейся личинки (следовательно, без вибрации, без звука и без запаха), и обнаружил, что личинки все еще обнаруживают и разыскивают борющуюся личинку на видео. Они также узнали, что если они замедлили или ускорили видео, личинки были менее привлечены или вообще не привлекались к личинке видео. Их также не привлекали мертвая настоящая личинка или привязанная личинка другого вида, и им также трудно находить привязанную личинку в почти темноте.
«По-видимому, они – в очень высокой степени – визуально чувствительны к деталям и скорости движения и могут распознавать свой собственный вид таким образом», – сказал Кондрон. «Это дает нам хорошую модель для того, чтобы понять роль, которую играет мозг в оказании помощи организмам, включая людей, в обработке изображений, таких как распознавание лиц».
Он отметил, что сканирование головы, по-видимому, играет важную роль в том, чтобы помочь личинкам объединить несколько визуальных входов в единое целое для обработки мозга, подобно сбору нескольких пикселей для формирования изображения. Кондрон сказал, что люди с серьезной потерей зрения также склонны использовать сканирование головы как средство для сбора «изображения» из очень тусклых источников света. Аналогично, люди с ослабленным зрением, которые получили экспериментальные ретинальные имплантаты всего небольшого количества пикселей, также часто просматривают головы, чтобы получить достаточно света для формирования ментальных изображений.
«Лабораториям-биологам легко видеть плодовых мух как простых животных, которые просто кормят и размножаются, но мы начинаем понимать, что это может противоречить большому мозгу», – сказал Кондрон. «Есть больше того, что они могут сделать, чем считалось ранее, будь то использование этого мозга для поведения или для создания изображений из ограниченной визуальной системы».
Он сказал, что плодовая муха служит отличной моделью для изучения нейронов, потому что у животного есть только около 20 000 из них, тогда как у людей около 100 миллиардов. Тем не менее, существует много общего с тем, как работают плодовые мухи и человеческие нейроны. Согласно Кондру, исследователи в течение года отображают всю нервную систему плодовой мухи, которая затем проложит путь для лучшего понимания того, как нейроны работают в ряде организмов, включая людей.