Каждые два года в каком-нибудь интересном, но нередко удалённом от нас уголке мира проходит международный нейроэтологический конгресс. Сложность и дороговизна поездки, тем не менее, оправдывается спецификой и качеством представленных там работ. Нынешний конгресс не стал исключением. Все без исключения презентации тем или иным способом пытаются ответить на вопрос «Как нейроны делают поведение» и, в последнее время всё чаще - как поведение влияет на работу нейронов. Популярное в прошлом представление о мозге как о «чёрном ящике» здесь не принято. И также не принято ограничивать свою работу привычными «модельными» животными — мышами, крысами и дрозофилами. Даже наоборот, на нейроэтологическом конгрессе есть заметный перекос в сторону нетрадиционных пока объектов исследования, а работы, выполненные на мышах или крысах, можно пересчитать по пальцам. В этот раз дошло даже до того, что во вступлении один из докладчиков просил прощения за то, что он представляет данные, полученные на мышах. Зато, по контрасту со многими другими конференциями, здесь никому в голову не придёт оправдываться за работу, сделанную на рыбе-собачке или таракане.

Остановлюсь на двух запомнившихся мне докладах.

Казалось бы, очевидно: если мы узнаём нейроны по их фенотипу, определяющему их функции в нервной системе, то о фенотипе, в свою очередь, можно судить и по транскриптому! На этом допущении, в частности, основан проект Human Brain Transcriptome. Дэвид Шульц попытался проверить адекватность этого допущения. Для его исследования как нельзя лучше подходил хорошо исследованный стоматогастрический генератор раков — уже ставшая классической модель нейробиологии (http://scholarpedia.org/article/Stomatogastric_ganglion). Там совсем крошечная по человеческим меркам сеть из примерно 30 нейронов ритмически управляет мускулатурой желудка, перетирающего пищу. Эти нейроны на основании их электрической активности и выделяемых трансмиттеров подразделяются на 6 типов. Уж если где-то роли индивидуальных нейронов в небольшой сети хорошо известны, так это в стоматогастрическом ганглии рака. Дэвид Шульц поставил, казалось бы, обреченную на успех задачу: получить полный транскриптом индивидуальных нейронов этой сети, а затем, на основании транскриптомных данных, рассортировать нейроны и сравнить результат с предварительно известным делением тех же нейронов по шести подтипам на основании генерируемого ими в составе сети паттерна. В итоге ничего не вышло: транскриптомные данные не позволили разбить нейроны на известные подтипы. Чуть лучше дело обстояло в случае, если кластеризацию производили только по специфическим для нейронов генам (трансмиттерные системы, ионные каналы и т.п.), но и в этом случае четыре типа нейронов не удалось однозначно выделить. Более того, обнаружилось, что есть значительные индивидуальные различия в комбинации ионных каналов и рецепторов в, казалось бы, в полностью функционально идентичных нейронах. Получается, что одна и та же нейронная сеть в каждом индивидуальном случае может собираться из не совсем одинаковых элементов.

Если эти выводы в дальнейшем подтвердятся, то они сильно изменят и наши представления о механизмах формирования нейронных сетей, и подходы к молекулярному типированию нейронов.

Ещё одна серия впечатляющих экспериментов, на этот раз поведенческих, меняет наши представления о когнитивных способностях птиц — в данном случае, ворон Новой Каледонии.

Создание и развитие человеком традиций и технологий основано на уникальном наборе когнитивных способностей, необходимом для передачи навыков между поколениями — то есть тем, что мы называем культурой. К таким способностям относят имитацию, обучение потомства и язык. В соответствии с этим принято считать, что животные, их не имеющие, не способны накапливать культурные традиции. Тем не менее, существует иной путь развития материальной культуры, который и демонстрируют вороны Новой Каледонии. Отрывая от зазубренных краев листьев пандануса кусочки различной формы, эти вороны изготавливают крючки, позволяющие им добывать съедобных беспозвоночных из узких щелей и отверстий, куда не может проникнуть их клюв. Они не проводят целенаправленного обучения этому навыку своего потомства. Вместо этого, согласно исследованиям Алекса Тейлора с соавторами, традиция изготовления инструментов передаётся при помощи создания т.н. ментальных шаблонов. Молодой индивид, увидев чужой инструмент или воспользовавшись им, создаёт его ментальный шаблон — представление о том, как должен выглядеть инструмент — и далее в соответствии с этим шаблоном сам учится изготавливать инструмент нужной формы. В свежей работе, доложенной на конференции, Алекс рассказал о лабораторной проверке такой интерпретации поведения ворон, в которой решаемая ими задача была заведомо новой, не характерной для дикой среды. В этой работе ворон обучали опускать в автомат бумажные карточки различных размеров, подкрепляя один специфический размер, чтобы научить птиц отличать его. Примечательно (хотя это и не относится к сути данной работы), что с точки зрения эффективности обучения гораздо выгоднее подкреплять не все правильные выборы, а случайным образом только половину из них, что и делали авторы.

Затем обученным воронам вместо карточек были даны большие листы бумаги без каких-либо дополнительных подсказок. Птицы быстро сориентировались и стали отрывать от листа куски, приблизительно соответствующие размеру «правильной» карточки, причём, если первоначально оторванный кусок оказывался больше, то вороны последовательно доводили его до нужного размера прежде, чем опустить в автомат. С точки зрения авторов исследования, эта проверка подтверждает гипотезу о создании воронами ментального шаблона, который в данном случае включал специфический размер карточки.

Похоже, что по мере внимательного и непредубежденного изучения способностей животных остаётся всё меньше принципиальных отличий между ними и человеком.

фото: https://firepaw.org/2018/06/30/crows-more-awesome-toolmakers-than-previously-reported/

S. A. Jelbert, R. J. Hosking, A. H. Taylor & R. D. Gray, Mental template matching is a potential cultural transmission mechanism for New Caledonian crow tool manufacturing traditions. Scientific Reports, volume 8, Article number: 8956 (2018). DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-018-27405-1

Новость подготовил © Воронцов Д.Д.

16.10.2018