Зачем учёные превратили золотую рыбку в киборга

Нейробиологи изучили, как ориентируются рыбы. Интерес в том, чтобы понять иное устройство мозга, отличное от млекопитающих.


Видимый результат — на снимке: в голову золотой рыбки вживлено относительно огромное устройство. Учёные провели подопытным операции на головном мозге, подсоединив электроды через крошечные отверстия в черепе. Электроды соединили мозг с записывающим устройством, которое могло отслеживать активность нейронов.

Таким образом учёные попытались узнать о базовых механизмах мозга, и о том, как такие механизмы связаны с эволюционными корнями ориентирования для прочих существ.


— Ронен Сегев, нейробиолог из Университета Бен-Гуриона в Негеве, Израиль.

Нейробиолог Ронен Сегев был частью группы учёных, которые оснастили 15 рыб кибернетическими головными уборами для исследования, опубликованного в журнале PLOS Biology.

Установить компьютер на золотую рыбку, чтобы изучить, как срабатывают нейроны в её крошечном мозге во время навигации, было непросто. Проводил операции Лир Коэн, нейробиолог и кандидат в докторантуру в университете Бен-Гуриона. Под микроскопом он ввёл в мозг электроды толщиной с человеческий волос.

Сложность заключалась также в том, чтобы провести имплантацию, не погубив подопытных прежде времени, ведь им необходима вода. А учёным было нужно, чтобы рыбы не дёргались. Лир Коэн с коллегами решили обе проблемы, закачивая рыбкам в рот воду и анестетики.

Как только электроды ввели в мозг, их подключили к устройству в водонепроницаемом корпусе. Чтобы компьютер не мешал рыбке плавать, исследователи прикрепили к нему облегчающий пластик.

После восстановления от вмешательства в ходе эксперимента каждую золотую рыбку наблюдали в аквариуме длиной 60 и шириной 15 сантиметров. Чем ближе рыба подплывала к стенкам, тем больше активировались навигационные клетки в её мозге.

Связка «мозг-компьютер» помогла узнать, что золотые рыбки используют систему навигации, которая отличается от аналога у млекопитающих. У людей навигационные ячейки специализируются на определении точного местоположения в окружающей среде и построении карты вокруг этого места. У млекопитающих специализированные нейроны создают указатели «я здесь» на их ментальных картах. Но исследователи не обнаружили таких клеток у рыб.

Вместо этого золотые рыбки полагаются на тип нейрона, который даёт знать, что они подплыли к границе или препятствию. Комбинируя информацию о том, как далеко она находится от различных барьеров, рыба способна ориентироваться в пространстве. По словам Ронена Сегева, у золотой рыбки клетки работают, передавая другое сообщение: «Я нахожусь в таком положении вдоль этой оси, а в этом положении — вдоль другой оси».

Лир Коэн подозревает, что различия в схемах навигации животных могут соответствовать различным проблемам, с которыми они сталкиваются в местах обитания. Например, по его словам, постоянно меняющиеся течения в водной среде могут означать, что для рыб легче определить расстояние до характерной черты, чем их точное местоположение.

Все эксперименты были одобрены университетским комитетом по защите животных. После плавательных испытаний исследователи подвергли рыб эвтаназии, чтобы дополнительно исследовать их мозг. Так команда учёных продолжила постигать отличия навигационных систем.