У плодовых мушек открыли арифметические способности

В исследовании Парижского института мозга плодовые мушки продемонстрировали чувствительность к численности. Они предпочитали наибольшие количества и различали величины. В этом навыке, как оказалось, решающую роль играют особые нейроны.


Животные постоянно используют информацию о количестве для принятия решений. Оценка многочисленности сородичей в конкурирующей группе перед вступлением в конфликт, количество пищи или партнёров для спаривания на новой территории — всё это имеет важное значение для выживания и размножения. Навык воспринимать численность может достигать поразительного уровня: некоторые виды муравьёв ориентируются в пустыне, оценивая число шагов до цели.


— Мерседес Бенгочеа, исследователь в группе Бассема Хассана в Парижском институте мозга.

Чтобы исследовать этот вопрос, учёным требовалось распознать мозговую активность животного во время выполнения задачи с количествами. А затем активировать либо отсечь определённые нервные клетки, чтобы определить, какие области мозга задействованы. Такие операции трудно выполнять на позвоночных, но для дрозофил уже существуют подходящие инструменты. Так что плодовые мушки Drosophila melanogaster вполне годятся для изучения когнитивных функций. Эти насекомые подстраивают своё поведение перед лицом угрозы в зависимости от количества собратьев. Так, при опасности, чем меньше размер группы мушек, тем больше вероятность, что они замрут, добавила исследовательница.

Чтобы определить, могут ли дрозофилы оценивать числа и воспринимать величины, Мерседес Бенгочеа с коллегами использовали экспериментальную установку. Они поместили мух в условия, называемые «аренами Буридана». То есть названными в честь философского парадокса об осле, которому предстояло сделать выбор меж двух охапок корма. На аренах Буридана мушек соблазняли, соответственно, двумя наборами кусочков. Так исследователи определяли, какой стимул предпочитают насекомые. Для этого достаточно было измерять время, которое дрозофилы потратили на осмотр каждой кучки в сравнении с другой.

Результаты показали, что плодовые мушки дольше оставались рядом с кучкой из трёх объектов, чем с приманкой из одного — независимо от размера кусочков или всего объёма набора. Тяга к большим количествам сохранялась, когда насекомым приходилось выбирать между кучками из двух и четырёх кусочков либо из двух и трёх. Мушки, однако, были неспособны различать наборы из, соответственно, трёх и четырёх объектов, отметила Мерседес Бенгочеа. Похоже, что соотношения между такими числами недостаточно для того, чтобы дрозофилы почувствовали разницу. С другой стороны, они могут очень легко сравнивать наборы из четырёх и из восьми объектов, то есть двойное соотношение. Следовательно, плодовые мушки не ограничены счётом до трёх, но соотношение между оцениваемыми величинами должно быть достаточно чётким для восприятия.

Впрочем, сравнение двух величин — простая визуальная задача, обычная для многих животных, а также человека. Это помогает нам с первого взгляда оценить размер большой группы, например, толпы на концерте, в которой слишком много людей, чтобы сосчитать их поодиночке.

Затем предстояло понять, какие нейронные цепи задействованы в этой системе различения количества у дрозофил. Для этого экспериментаторы последовательно «отключали» различные области мозга насекомых, предотвращая передачу нервных сигналов по синапсам. После нескольких опытов они заметили, что активность столбца нейронов LC11 в зрительной доле мушиного мозга была необходима насекомым для сравнения кучек еды.

Для чистоты опытов во второй серии экспериментов применили простой метод: аппетитную дозу сахара поместили рядом с самыми маленькими наборами объектов. На мгновение, благодаря особой приманке, мушек заставили предпочесть небольшие количества. Но как только им блокировали нейроны LC11, насекомые больше не проявляли предпочтения... ни к большим, ни к малым количествам. Это подтверждает, что выявленные особые нейроны необходимы для сравнения величин, независимо от значения, которое им придают плодовые мушки. LC11 также участвуют в социальном поведении плодовых мух: как раз эти же нейроны активируются, когда насекомые должны выбрать стратегию для безопасности в соответствии с количеством сородичей, летающих поблизости.

Руководитель группы по изучению мозга Бассем Хассан сказал, что коллеги сделали такой вывод: способность оценивать величины сыграла решающую роль в эволюции беспозвоночных. Причём способы «подсчёта» у насекомых очень просты. Несколько серий опытов показали, что в компьютерной модели нескольких искусственных нейронов достаточно для выполнения числовой задачи.

В общем, недооценивать насекомых и тонкости их социального поведения — ошибка. Открытие не просто подчёркивает умственные способности дрозофил, но и доказывает важность таких исследований для понимания работы человеческого сознания.