Синички запоминают места, просто глядя на них издалека

Исследователи из Института поведения мозга и сознания Цукермана при Колумбийском университете обнаружили, что нейроны гиппокампа у черношапочных синиц активизируются, когда птица просто смотрит в отдаленное место, что свидетельствует о едином процессе пространственной памяти, управляемом зрением.

Многие животные полагаются на зрение, чтобы вызвать вспоминание о том, где спрятана еда, или чтобы проложить курс к отдаленным целям. Клетки места в гиппокампе формируют нейронную основу для такой пространственной памяти, активируясь, когда животное попадает в определенное место.

Более ранние исследования на приматах выявили некоторую активность гиппокампа, связанную с направлением глаз, хотя записи обычно проводились с неподвижными животными.

Свободное отслеживание движений глаз во время активного поведения создает постоянные технические препятствия, поскольку обычные лабораторные модели, такие как грызуны, не имеют точного контроля взгляда. Исследователи ранее не решали, как кодирование места гиппокампа связано с актом визуального поиска мест издалека.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые разработали эксперименты, чтобы выяснить, активируются ли клетки места гиппокампа у черношапочных синиц во время визуальной фиксации на удаленных пространственных целях.

В экспериментах, которые проводились на 61-сантиметровой арене, состоящей из пяти идентичных площадок, оборудованных насестами, световыми сигналами и моторизованными кормушками, приняли участие восемь черношапочных синиц.

Исследователи адаптировали многокамерную систему слежения, которая триангулировала инфракрасные отражающие маркеры на голове каждой птицы, чтобы регистрировать положение головы во время свободного движения.

Отдельная система видеоокулографии с двумя камерами оценивала ось зрачка, захватывая отражения роговицы, что позволяло калибровать ориентацию глаз в голове. Направление взгляда определялось в первую очередь ориентацией головы, поскольку синицы демонстрируют минимальное независимое движение глаз.

Птицы выполняли дискретную задачу визуального поиска, в которой световой сигнал сигнализировал о вознагражденном месте после случайной задержки, и версию с замкнутым циклом, в которой сигнал активировался только тогда, когда птица смотрела на правильную цель. Кремниевые зонды, имплантированные в передний гиппокамп, регистрировали нейронную активность.

Записи 1929 возбуждающих нейронов гиппокампа показали, что 62% были настроены на местоположение птицы во время навигации, а 57% реагировали на направление взгляда во время стационарного визуального поиска.

Среди нейронов, классифицированных как настроенные на место, 75% также показали значительную настройку взгляда (изменения в частоте срабатывания, когда птица фиксировала разные целевые участки). Предпочтительные местоположения для реакций места и взгляда перекрывались в 95% клеток с сильной селективностью. Контралатеральный (противоположный) взгляд составлял большую часть настройки, при этом нейроны срабатывали, когда глаз, противоположный регистрирующему полушарию, фиксировался на цели.

Нейронные реакции во время быстрых движений головы (так называемые саккады головы) имели двухфазный характер: ранний компонент возникал до того, как взгляд птицы касался предпочтительной цели, а более поздний компонент соответствовал визуальному входу.

Тормозные интернейроны объединяются в две группы с фазами активации, отстоящими примерно на 180 градусов, создавая квазипериодические колебания, связанные с саккадами головы.

Результаты показывают, что активность гиппокампа кодирует комбинацию прогнозирования и сенсорной реакции, связанной с тем, куда птица направляет визуальное внимание. Результаты показывают, что саккадические движения головы синхронизируют нейронную активность, связанную с памятью, несколько раз в секунду.

Исследователи приходят к выводу, что кодирование места и кодирование взгляда образуют единый процесс, посредством которого гиппокамп представляет места, имеющие отношение к животному в каждый момент. Такие представления позволяют как формировать пространственные воспоминания, когда птица посещает место, так и вызывать эти воспоминания издалека по возвращении.