Спящую муху будит запах любимой пищи |
||
МЕНЮ Главная страница Поиск Регистрация на сайте Помощь проекту Архив новостей ТЕМЫ Новости ИИ Голосовой помощник Разработка ИИГородские сумасшедшие ИИ в медицине ИИ проекты Искусственные нейросети Искусственный интеллект Слежка за людьми Угроза ИИ ИИ теория Внедрение ИИКомпьютерные науки Машинное обуч. (Ошибки) Машинное обучение Машинный перевод Нейронные сети начинающим Психология ИИ Реализация ИИ Реализация нейросетей Создание беспилотных авто Трезво про ИИ Философия ИИ Big data Работа разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика
Генетические алгоритмы Капсульные нейросети Основы нейронных сетей Распознавание лиц Распознавание образов Распознавание речи Творчество ИИ Техническое зрение Чат-боты Авторизация |
2021-10-06 10:44 Группы животных, у которых обнаружен сон. Спят и книдарии, у которых вообще нет центральной нервной системы (ЦНС), и все остальные животные с ЦНС. Это означает, что сон был и у их общего предка. Следовательно, эволюция сна насчитывает не менее 600 млн лет. Признаки глубокого и неглубокого сна отмечены не только у хордовых, но и у мух. Однако, в полной мере фазы сна сформировались только у хордовых. Рисунок из статьи R. C. Anafi et al., 2019. Exploring phylogeny to find the function of sleep Интересное исследование сна представила международная группа нейробиологов. Ученые показали, что чуткость сна у дрозофил следует тем же закономерностям, что и у млекопитающих: она максимальна в конце ночного цикла и заметно понижена в его начале и во время дневного сна. Также оказалось, что мухи реагируют на седативные средства (такие как алкоголь) схожим с млекопитающими образом. Но важнее то, что разбудить муху могут не все стимулы, а только некоторые, — в частности, неприятные для мухи запахи или же, напротив, очень привлекательные. Было установлено, что сила стимуляции может трансформироваться в нервных центрах спящей мухи. Так, голодные мухи быстрее просыпаются при подаче запаха пищи. Это означает, что, как и у млекопитающих, во сне нервные центры мухи не просто тормозят поступающую информацию, но модулируют ее в зависимости от внутреннего состояния организма. В этой модуляции участвуют особые нейроны, регулирующие сигналы от обонятельных рецепторов. Все многоклеточные животные спят. Чтобы отличить сон от бодрствования (не у всех имеются такие явные указатели на эту часть жизни, как подушка и одеяло), ученые используют несколько критериев: специфическая поза, снижение интенсивности и разнообразия движений, заторможенные реакции на внешние раздражители. Согласно этим критериям, даже гидры и медузы — сравнительно просто устроенные животные с диффузной нервной системой — спят по несколько часов в день (H. J. Kanaya et al., 2020. A sleep-like state in Hydra unravels conserved sleep mechanisms during the evolutionary development of the central nervous system). Особенно важен последний из указанных критериев — заторможенность реакций на внешние раздражители, — так как он предполагает, что животное на какое-то время становится практически беззащитным. Но все же животные должны воспринимать какие-то стимулы даже во сне. Ясно, что это будут или какие-то сильные раздражители (громкий звук, очень яркий свет и т. д.), или чрезвычайно важные для животного стимулы. Для людей такие стимулы более или менее известны: мы быстро просыпаемся, если нас зовут по имени, — имя является важнейшим стимулом для человека. Также родители быстро просыпаются на плач ребенка — это один из главнейших стимулов для них в первые годы жизни малыша (постепенно значимость этого раздражителя слабеет). Для некоторых других млекопитающих тоже есть кое-какая информация на этот счет. Так, собаки, кошки и крысы просыпаются, если во время сна им подать специальный сигнал, связанный с выработанным положительным пищевым подкреплением или же с отрицательным болевым подкреплением (например, с ударом током). В отношении остальных животных нет ясности, просыпаются ли они при наличии важных для них стимулов или нет. Если смотреть на суть этого вопроса, то она будет в целом следующей: в состоянии ли мозг спящего животного — будь то муха или слон — анализировать поступающую информацию? Для ответа на этот вопрос практически не было исследований. И вот пионерская работа об этом появилась на страницах журнала Nature. Ее авторы поставили эксперименты на дрозофилах, фиксируя на видео, как спящие мухи, помещенные в прозрачные пластиковые контейнеры, реагируют на различную стимуляцию. Сами опыты выглядят сравнительно просто: в контейнер к спящей мухе пускали тот или иной запах и смотрели, разбудит он ее или нет. Таким нехитрым образом удалось набрать достаточную статистику. Было проверено 22 запаха — как пищевых, так и не связанных с пищей, как привлекательных, так и не привлекательных для мух. Выяснилось, что неприятные запахи чаще будили муху, чем приятные, а пищевые запахи будили муху вернее, чем не связанные с пищей. С чем связана такая избирательность, пока рано судить. Затем ученые установили, что у мух, как и у млекопитающих, чуткость сна зависит от времени суток и стадии сна. Самый глубокий сон, когда муху мало что может разбудить, приходится на начало сна в первой половине ночи и на дневной сон. Во вторую половину ночи мухи больше реагируют на стимулы. Чуткость сна мух при действии стимула — приятного для них запаха 5-процентного уксуса. По вертикальной оси — вероятность пробуждения, по горизонтальной оси — время, привязанное к циркадному ритму (ZT — Zeitgeber time). Самый крепкий сон — дневной (siesta), но запах 5-процентной уксусной кислоты может прервать и его (правда, это наблюдалось менее чем в половине испытаний). Самый некрепкий — в конце биологической ночи: видно, что запах уксуса с очень большой вероятностью разбудит муху. На левом графике показано усреднение за полчаса, на правом — усреднение за три часа с наиболее частыми периодами сна у мух для разных концентраций уксусной кислоты (концентрации 10% и 30% для мух неприятны). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Вторая черта сходства сна мух и млекопитающих — действие седативных средств и их способность снижать чуткость сна. Для человека, как хорошо известно, таким средством является алкоголь. Пьяный быстро засыпает и его трудно разбудить, пока он не протрезвеет. Что же касается мух, то пить алкоголь им, конечно, не давали, а вместо этого предоставляли возможность нюхать его пары в течение часа. Этого вполне достаточно, чтобы муха опьянела. В этом состоянии мухи беспорядочно летают, бьются о стенки своего контейнера и быстро засыпают. Как выяснилось, пьяную муху, как и человека, разбудить гораздо труднее, чем трезвую. Примерно также действует и депривация сна. Если мухе сутки не давать спать, то она потом засыпает крепче обычного и спит дольше — то есть «отсыпается». Здесь тоже усматривается параллель с млекопитающими. Далее ученые приступили к более важному вопросу: как влияет внутреннее состояние мухи на чуткость сна и реакцию на стимулы. В экспериментах сравнили вероятность пробуждения голодных и накормленных мух при стимуляции запахом слабой уксусной кислоты — привлекательного для них пищевого индикатора. Как выяснилось, запах уксуса скорее разбудит голодную муху, чем накормленную. То же относится, кстати, и к остальным запахам, на которые реагировали спящие мухи. Сравнение действия стимулов на голодных и накормленных спящих мух. Слева — непищевые стимулы, справа — пищевые (желтые линии соответствуют привлекательным запахам, черные — отталкивающим); пунктиром отмечены не значимые различия. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Это означает, что в мозге у мухи (точнее, в ее головных нервных ганглиях) интенсивность стимуляции модулируется ее внутренним состоянием. Иными словами, стимул каким-то образом становится для нее более значимым и потому более «побудительным». Входящий сигнал так или иначе трансформируется в нервных центрах, акцентируя ставшую важной информацию, например, о потребности в пище. Здесь важно подчеркнуть, что не все запахи становятся более сильным стимулом для пробуждения у голодных мух по сравнению с сытыми, а только некоторые. Поэтому ученые рассудили, что версию о повышении общей запаховой чувствительности у голодных мух можно смело отбросить, а вместо этого нужно сосредоточиться на механизмах модуляции внешнего сигнала. С помощью инактивации различных нейронов удалось найти те, которые усиливают сигнал от обонятельных рецепторов, поступающий в зону регуляции сна в нервных центрах мухи. Один из этих нейронов (он получил название MB011B), несущий информацию из грибовидных тел, тормозит запаховый сигнал; но если его инактивировать тем или иным способом, то запаховая информация поступит в центр сна и разбудит муху. Следовательно, в модуляции запаховых сигналов принимают участие нейроны, задача которых затормозить действие данный нейрон. Еще один путь модуляции затрагивает сами рецепторы: у голодных мух рецепторы, реагирующие на более концентрированный уксус, неприятный для мух, начинают работать вместе с рецепторами на 5-процентный уксус. Таким образом, пищевой сигнал усиливается. Авторы работы подчеркивают, что эта модель регуляции сигналов очень проста. Однако учитывая сходство реакций спящих мух и спящих млекопитающих, она может с известными оговорками применяться для изучения базовых свойств сна у всех животных. Напомню, что у мух даже выявлены аналоги фаз быстрого и медленного сна. У мух фаза быстрого сна, которая у млекопитающих сопровождается быстрым движением глаз, выделяется по быстрому вытягиванию и втягиванию хоботка (B. van Alfen et al., 2021. A deep sleep stage in Drosophila with a functional role in waste clearance. Правда, пока не понятны содержательные границы этого сопоставления. Так или иначе, здесь важно, что на мухах можно расшифровать какие-то основополагающие нейронные схемы и их генетику, срабатывающие во время сна. Стоит все же заметить, что сон у мух хоть и имеет некоторое сходство со сном млекопитающих, но отличается от него кардинальным образом: мухи могут не спать всю жизнь без ущерба для ее продолжительности — по крайней мере, в экспериментах (Q. Geissmann et al., 2019. Most sleep does not serve a vital function: Evidence from Drosophila melanogaster). Млекопитающие при депривации сна долго не протянут. Источник: Alice S. French, Quentin Geissmann, Esteban J. Beckwith & Giorgio F. Gilestro. Sensory processing during sleep in Drosophila melanogaster // Nature. 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-03954-w. Елена Наймарк Источник: elementy.ru Комментарии: |
|