Тюленям, так же как и людям, необходимо спать, но в отличие от человека, у которого во время сна отдыхают оба полушария мозга, у тюленей весь мозг отдыхает только во время сна на суше, а в воде отдыхает только одно полушарие.

Подробнее...

О прионах принято говорить как о безусловном зле: эти белки, склонные принимать альтернативные пространственные формы, вызывают тяжелейшие и неизлечимые неврологические заболевания, которые неизбежно ведут к смерти. Хотя классические прионные болезни среди людей не так уж распространены, у человека есть нейродегенеративные заболевания вроде синдрома Альцгеймера, которые развиваются схожим образом.

Нейроны гиппокампа мыши (фото UoB University Graduate School).Однако мало кто задумывался о том, зачем вообще нужны прионы. Ведь гены этих белков есть в здоровых клетках, и выполняют они, наверное, какие-то полезные функции. Нормальная, непатогенная версия прионного белка есть во всех клетках; известно, например, что в нервной системе здоровый прионный белок помогает поддерживать миелиновую оболочку на нейронах. Но сильнее всего исследователей заинтересовало то, что один из прионов, белок PrP, особенно обильно присутствует в самих нейронах, причём в то время, когда мозг ещё развивается. Нормальный PrP обычно прикреплён к клеточной мембране, и можно было бы предположить, что он как-то влияет на общение нейрона с другими клетками.

Оказалось, что прионный белок принимает самое непосредственное участие в управлении синаптической пластичностью, то есть в укреплении и в ослаблении синапсов между нейронами.

Исследователи из Политехнического университета Марке (Италия) сравнили, как реагируют нейроны гиппокампа мышей на раздражение, если ген приона работает нормально или же выключен. Эксперименты показали, что если нейрон активен вместе с остальными, то у него укрепляется связь с другими клетками, то есть нейронная цепь становится в целом прочнее. В этом нет ничего удивительного: опыты ставили на молодых животных, у которых нервные цепи, особенно в центре памяти (гиппокампе), находятся ещё в процессе становления. Любопытно было другое: такое укрепление синапсов имело место только при работающем гене приона. Без прионного белка связи между нейронами слабели.

Дальнейшие опыты показали, что PrP связан с протеинкиназой А: этот фермент принимает непосредственное участие в укреплении синапсов. Если же PrP отсутствовал, в дело вступал другой фермент, протеинлипаза С, который ослаблял контакты между нейронами. Таким образом, выяснилось, что прион необходим для процессов обучения и запоминания: без него просто не сформируются нейронные цепи для хранения информации. Полностью результаты экспериментов описаны в Journal of Neuroscience.

Исследователи полагают, что прион нужен не только в гиппокампе, но и в других отделах мозга, где он также помогает устанавливать новые синапсы, и что он может заниматься этим не только у молодых животных, но и взрослых. Скорее всего, наличие или отсутствие этого белка может сильно сказываться на поведении, но чтобы установить это доподлинно, понадобятся новые эксперименты.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Насекомые могут быть практически столь же умны, как крупные животные. Об этом говорит исследование, проведённое специалистами из Лондонского университета королевы Марии (Queen Mary, University of London) и Кембриджа (University of Cambridge).

Один миллиграмм веса и менее миллиона нервных клеток — таков мозг пчелы. Сложно представить, что на этой базе можно "выстроить" сколь-нибудь развитый ум. Для сравнения: у взрослого человека мозг весит примерно 1,3 килограмма и содержит 85 миллиардов нейронов.

Однако британцы полагают — размеры решают далеко не всё. Они составили компьютерные модели на основе информации об анатомии и физиологии нервных систем насекомых с главным упором на пчёл, а также учли в своей работе сведения о нескольких десятках умений данных созданий, их сложном поведении и обучении.

Смоделировав работу не йронных цепей, авторы работы высчитали, что для способности к простому счёту животному достаточно нескольких сотен нервных клеток. А для того чтобы обладать сознанием, нужно несколько тысяч клеток, добавляет Mail Online. Тут, правда, следует сделать оговорку, что сам термин "сознание" — довольно широкий и нечёткий, особенно если говорить о его философском аспекте. Но будем считать, что речь идёт в первую очередь о познавательной деятельности.

Также авторы исследования провели параллели между насекомыми (на примере всё тех же пчёл) и крупными позвоночными. Сформировалась следующая картина: способности к обучению, категоризации, ассоциативным воспоминаниям присущи и пчёлам, и большим животным, хотя и в разной степени.

Когда эту разницу биологи попробовали определить численно, получилось, что перечень выполняемых сложных последовательностей действий у млекопитающих лишь втрое длиннее, чем у пчёл. При том что разница в числе нейронов — в десятки тысяч раз. Такую избыточность и "переразмеренный" мозг у крупных животных авторы объясняют не столько большим интеллектом (хотя и этот фактор присутствует), сколько более развитой сенсорной системой и рядом физиологических ограничений.

Маленький шедевр природы: мозг пчелы объёмом всего 1 мм³ содержит зрительные доли (участки LA, ME и LO), обладающие схемами для опознания цвета, детекции движения, определения граней и фиксации поляризации, грибовидное тело (MB), отвечающее за обучение и память, чашечки (Ca), включающие нейроны, необходимые для восприятия механических воздействий, антеннальные доли (AL) и ряд других специализиро ванных отделов (иллюстрация Current Biology). Например, большее число светорецепторов в зрительной системе приводит к существенному росту числа нейронов в зрительной коре, что просто необходимо для обработки информации. Получается большее разрешение зрения, большая чёткость, большая способность идентифицировать объекты и движение, лучшее различение оттенков и тому подобные усовершенствования.

Собиратели нектара умеют считать и различать лица людей. А вот с известными пчелиными танцами всё оказалось сложнее, чем представлялось. В то же время колоссальных излишков клеток для исполнения массы отличных действий у них нет. Неудивительно, что пчёлам приходится перестраивать мозг под разные миссии внутри улья (фото M.F. O'Brien). Или, к примеру, моторные отделы мозга. Существенно большее число нейронов в них необходимо для тонкого управления большим числом мышц (а также — для управления большей массой мышц, что требует определённой энергетики).

Есть и другие примеры, когда увеличенный по массе и сложности строения мозг даёт живому существу преимущества, напрямую с интеллектом не связанные (число распознаваемых запахов, скажем). Потому-то, рассуждают британцы, на несколько порядков большее количество нервных клеток у крупных животных по сравнению с насекомыми вовсе не приводит к такому же по масштабу росту ума, способности к хранению воспоминаний и так далее.

"Животные с большим мозгом не обязательно умнее, — говорит Ларс Читтка (Lars Chittka) из университета королевы Марии, опубликовавший в Current Biology совместно с Джереми Нивеном (Jeremy Niven) из Кембриджа результаты данного исследования.

В большом мозге мы часто находим не большую сложность, но просто бесконечное повторение одних и тех же нейронных цепей. Это может добавить подробности воспоминаниям, изображениям или звукам, но не добавляет степени сложности. Если использовать аналогию с компьютером, большие мозги могут во многих случаях означать больше жёстких дисков, но не обязательно лучшие процессоры".

Далее исследователи поясняют, что для уровня интеллекта, по всей видимости, куда большее значение имеет не число нейронов в мозге, а их "продуманные" взаимосвязи, модульность мозга.

Грубо говоря, пчёлы выжимают всё возможное из тех крох нейронов, что у них есть, в то время как большие животные могут позволить себе роскошь избыточности. А отсюда становятся понятными удивительные данные об интеллекте пчёл.

Источник: MEMBRANA

    Резкий прыжок в величине и развитии головного мозга, а следовательно, и познавательных способностей гоминидов произошёл после освоения ими морского/речного рациона. Сенсационное открытие совершила группа учёных из пяти стран, чьё исследование разложено по полочкам в статье в PNAS. 

Человек умелый, по существующим представлениям, является изобретателем орудий труда. Теперь же ясно, что поспособствовало такой бурной деятельности данного вида Кости водных животных (рыб, крокодилов и черепах), оставшиеся от древней трапезы, вместе с каменными инструментами обнаружены в районе кенийского озера Туркана. Возраст инструментов определён как 1,95 миллиона лет, и относятся они к олдувайской культуре. 

Обычный снимок и фото с электронного микроскопа древней окаменелости кости рептилии с отметинами от каменных инструментов, выкопанный около Турканы. Кстати, ранее у того же самого озера был найден "Мальчик Турканы" – скелет гоминида, возрастом 1,6 миллиона лет. Его отнесли к H. erectus или H. ergaster (фото PNAS). Следы обеда были оставлены либо Homo habilis, либо Homo rudolfiensis, либо Paranthropus boisei. Ранее считалось, что в ту эпоху люди употребляли в пищу лишь сухопутных животных, наряду с растительной едой. Между тем один из упомянутых выше видов (вероятнее, Homo habilis) позже трансформировался в значительно более интеллектуального Homo ergaster и далее в Homo erectus — прямого предка Homo sapiens.

Любопытно, что ранее самый древний морской обед был датирован 164 тысячами лет и относился к человеку разумному. Тогда специалисты предположили, что расширение рациона сапиенсов за счёт мидий, китов и других морских существ стало ключом к выживанию нашего вида. 

Теперь получается, что похожий шаг гораздо более далёких наших предшественников позволил эволюции людей совершить мощный скачок. И разгадка его, по мнению исследователей, кроется в новой диете, очень богатой жирными кислотами, важными для развития мозга и его энергообеспечения. 

Правда, люди того периода вряд ли располагали средствами для массовой охоты на плавающих созданий, как и должной организацией подобного процесса, а потому, скорее всего, подбирали падаль, выброшенную на берег волнами или оставшуюся после отлива, — добавляют антропологи. 

Источник: MEMBRANA

Неожиданно для всего научного мира составляющие "мозга" морского червя вида Platynereis dumerilii были признаны похожими на кору головного мозга позвоночных. 

Впервые о наличии у беспозвоночных определённой степени свободы воли, превалирующей над инстинктами, заговорили ещё в 1850 году. С тех пор было приведено множество доводов в пользу этой гипотезы. Морской червь стал ещё одним (фото EMBL/U. Ringeisen). Открытие сделали специалисты Европейской лаборатории молекулярной биологии (EBNL), предположившие, что идеальным кандидатом для поиска станет именно это беспозвоночное, обладающее незаурядными способностями, в частности, к обучению.

Дальнейшее изучение мозга червя поможет понять, как мог выглядеть и работать мозг общего предка беспозвоночных, а также проследить за развитием "думающих" структур в самом начале эволюции животных (иллюстрация Cell)Новая технология позволила идентифицировать типы клеток не просто по форме и их положению в мозге, а по активности их генов (она подробно описана в статье в журнале Cell и в пресс-релизе EBNL).
В мозге Platynereis dumerilii присутствуют так называемые грибовидные тела, которые отвечают за память и ассоциативное обучение и являются аналогом коры головного мозга человека. Биологи установили – сходство этих структур с корой настолько велико, что они не могли развиться независимо. Между тем общим предком с людьми червь обладал аж 600 миллионов лет назад.

Один из исследователей Детлев Арендт (Detlev Arendt) предполагает, что в те времена морское дно было буквально усыпано различными источниками пищи. Чтобы хорошо в них ориентироваться, древним организмам понадобилось "придумать" новый мозговой центр, вероятно, просто плотное скопление клеток. 

Виртуальное изображение мозга личинки червя, собранное по данным от 36 отдельных экземпляров. При помощи различных цветов на картинку мозга наложена активность отдельных генов (иллюстрации EMBL/R. Tomer)     Учёные планируют изучить похожие структуры у прочих беспозвоночных: насекомых, пауков, ракообразных и онихофоров. (Читайте об исследовании грибовидных тел в мозге дрозофил.) 

Источник: MEMBRANA

Фабьен Кноль из Национального музея естествознания (Испания) и его коллеги проанализировали череп ампелозавра, жившего 70 млн лет назад. Останки этого гигантского динозавра были найдены в 2007 году в Куэнке при строительстве высокоскоростной железнодорожной ветки, соединившей Мадрид с Валенсией.

Хотя травоядный динозавр Ampelosaurus был одним из крупнейших в истории планеты, ему хватало крохотного мозга. (Здесь и ниже изображения O. Sanisidro.)Он относится к зауроподам — крупнейшим травоядным в истории планеты. Но, несмотря на свои размеры, динозавр, судя по результатам сканирования внутричерепной полости и трёхмерной реконструкции, обладал мозгом размером с теннисный мячик. Судите сами: в длину ампелозавр достигал 15 м, а мозг не превышал 8 см.

Несмотря на длительную эволюцию, мозг ампелозавра обладал смехотворными размерами.«В этой группе животных мы не наблюдаем увеличения размеров мозга со временем, в отличие от млекопитающих или птиц», — комментирует Лоуренс Уитмер из Университета штата Огайо (США). По-видимому, в том, что касается мозга динозавров, эволюция нашла чрезвычайно удачную формулу и с тех пор фокусировалась на других вещах.

На протяжении многих лет учёных интересует, как крупнейшим сухопутным животным удавалось жить с таким крошечным мозгом. «Возможно, следовало бы перевернуть вопрос и спросить о том, что делают современные животные со своим большим мозгом, — говорит г-н Уитмер. — У коров он втрое крупнее по сравнению с большинством динозавров, а толку?»

Компьютерное моделирование показало также, что ампелозавр имел небольшое внутреннее ухо. Это означает, что, по-видимому, он не очень хорошо слышал звуки, передаваемые по воздуху. Вероятно, это компенсировалось восприятием через почву.

Кроме того, внутреннее ухо отвечает за равновесие. Может показаться, что медлительному, очень крупному животному, к тому же травоядному, не обязательно совершать резкие движения головой и глазами, осматривая окрестности. Но предыдущая работа г-на Кноля — трёхмерная модель Spinophorosaurus nigeriensis — показала, что у этого зауропода внутреннее ухо было развито хорошо. Странно, что при сравнительно одинаковой форме тела морфология этого органа так сильно разнится. Возможно, разгадку следует искать в том, как держали голову разные зауроподы — близко к земле, пощипывая травку, или задирая её, чтобы добраться до верхних веток, как жирафы.

Результаты исследования опубликованы в журнале PLoS ONE.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Когда мы смотрим на какой-то объект, то сразу определяем его свойства. Например, видим спортсменку — и понимаем, что перед нами «человек», «женщина» и, допустим, «наконец, просто красавица». Таких категорий может быть великое множество, а кроме того, объекты и действия могут обладать самым разным набором этих категорий. И учёные давно хотели выяснить, как мозг видит такие обобщённые свойства.

Семантическая карта головного мозга: в левом верхнем углу — часть понятий, близких или неблизких друг другу, внизу — цветовая кодировка карты, справа — развёрнутая карта с учётом цветовой кодировки. (Рисунок авторов работы.)До сих пор считалось, что в мозгу под каждую категорию выделена своя зона, которая возбуждается всякий раз, когда человек видит нечто с этим признаком. Однако исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (США) пришли к несколько иному выводу. Они попробовали охватить максимальное число категорий, демонстрируя участникам эксперимента двухчасовой видеоматериал и одновременно наблюдая за активностью их мозга с помощью фМРТ. В результате удалось описать около 30 тысяч участков коры мозга, отвечающих на 1 700 обобщающих признаков.

Затем учёные применили статистический анализ, чтобы понять, как эти участки работают и как соотносятся друг с другом. Оказалось, что мозг оценивает не отдельные признаки, а их соотношение, степень их близости. Это звучит довольно странно, но, например, в паре «спортсмен — человек» мозг «видит» не оба этих понятия по отдельности, а сразу оценивает степень их родства. В то же время никакого родства между «человеком» и «атмосферным феноменом» мозг не замечает. И если попытаться нарисовать мозговую семантическую карту категорий, то на ней вместо отдельных понятий окажутся нанесены отношения между этими понятиями, а активность нейронов будет соответствовать степени родства между ними.

Составленную «семантическую карту» исследователи опубликовали в журнале Neuron. Правда, следует помнить, что карта эта — трёхмерная, и для 2D-развёртки использовалась цветовая кодировка. Кроме того, оказалось, что «карта категорий» захватывает не только зрительную кору, но и другие её участки (например, двигательную кору), которые как будто за анализ зрительной информации не отвечают.

Учёные полагают, что с помощью этой карты, имея на руках данные об активности мозга, можно довольно точно предсказать, что человек видит. Правда, не ясно, отражаются ли на этой схеме индивидуальные особенности. Ведь можно легко представить, что у творческого человека рядом будут находиться такие категории, которые у остальных людей считаются абсолютно неблизкими.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Мы ориентируемся в пространстве с помощью особой группы нервных клеток, называемых grid-нейронами. Это что-то вроде GPS-систем мозга: когда человек или животное движется, grid-нейроны по очереди возбуждаются, отмечая участки пространства и передавая сигнал в гиппокамп. Особенность grid-нейронов в следующем: они периодически возбуждаются, разбивая пространство на шестиугольные участки, и нейрон, попадая в вершину такого шестиугольника, реагирует импульсом.

Разномасштабные нейронные карты местности и их соотнесённость со «слоями памяти» в гиппокампе (фото авторов работы)Исследователи из Норвежского научно-технического университета обнаружили удивительную черту этих клеток. Оказывается, grid-нейроны собраны в модули, числом не менее четырёх, и каждый из модулей отвечает за один и тот же кусок пространства, но в разном масштабе. Иными словами, карта территории в мозгу складывается в виде «бутерброда» из нескольких карт, от самой общей к наиболее детальной. Если вспомнить о шестиугольной схеме возбуждения нейронов, то получится несколько сеток с гексагональными ячейками, наложенных друг на друга.

Если мы делаем, например, три шага, то нейроны более крупной сетки отреагируют на перемещение, скажем, всего два раза — в начале и в конце пути, в то время как нейроны более частой отзовутся пять, десять, пятнадцать раз. Впрочем, выдумывать цифры тут нет нужды. Оказалось, что масштабы пространственно-нейронных сеток соотносятся друг с другом по определённому математическому закону: бόльшая стека превосходит меньшую на 42% от частоты меньшей. (Эту закономерность особенно оценят поклонники бессмертного «Автостопом по галактике» Адамса, с его легендарным ответом на вопрос о «жизни, смерти и вообще».)

До сих пор такую модульную организацию нервных клеток находили только в тех отделах мозга, которые отвечают за восприятие информации от органов чувств и за моторику. То, что точно так же могут работать клетки, имеющие дело с довольно абстрактной информацией, исследователей весьма удивило. Хотя эксперименты ставились на крысах, авторы работы, опубликованной в Nature, полагают, что таким же образом картографируется пространство и у других млекопитающих, включая человека. Причём модулей может быть гораздо больше четырёх: учёные полагают, что у крыс их около десяти, только пока что не все удалось увидеть экспериментально. Особенность пространственных модулей ещё и в том, что «на глаз», с помощью микроскопа, их различить невозможно: нейроны разных карт перемешаны между собой и иногда входят в несколько разных решёток. То есть можно говорить о функциональных модулях, которые работают отчасти благодаря одним и тем же клеткам.

Исследователи полагают, что такая модульная организация может быть присуща и другим функциям мозга — к примеру, памяти. Grid-нейроны, как было сказано, посылают свои импульсы в гиппокамп, один из главных центров памяти. Можно представить, что и в гиппокампе есть похожие разномасштабные функциональные решётки нейронов, только имеющие дело не с текущим положением индивидуума в пространстве, а с его воспоминаниями.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Специалисты из Национального центра научных исследований (Франция) утверждают, что в коме мозг человека претерпевает заметные нейрофизиологические изменения, и характер последних может многое рассказать о феномене сознания. Вообще, состояние мозга во время комы давно интригует учёных. По одним данным, это больше похоже на общий наркоз, нежели на сон. Другие опыты демонстрировали явную разницу между полностью вегетативным состоянием и состоянием минимального сознания. Но в большинстве случаев видеть чёткую разницу между мозгом в сознании и без сознания не удавалось. 

Во время комы наше сознание прячется в разобранном виде в запасных информационных «отстойниках» мозга. (Фото Beau Lark.)Чтобы всё-таки поймать эту разницу, исследователи провели фМРТ-сканирование мозга у семнадцати пациентов, впавших в кому после остановки сердца. Некоторые из них, чей мозг оставался без кислорода 30–40 минут, впоследствии вернулись в сознание, но больше половины умерли, не выходя из комы. Одновременно для сравнения сканировался мозг двадцати здоровых людей. В результате удалось обнаружить 417 участков мозга, активность которых менялась при погружении в кому. Среди них было 40, которые у здоровых людей работали в содружестве со множеством других зон, то есть они исполняли роль этаких информационных хабов.

Но эти же участки, как пишут исследователи в журнале PNAS, у больных комой молчали, и вместо них начинали работать другие, периферические зоны, которые в обычном состоянии не отличаются большой активностью. Максимальные изменения касались предклинья, которое, как считается, играет важную роль в работе сознания, памяти и т. п. Иными словами, состояние комы сопровождается изменением информационных потоков мозга. Старые информационные диспетчерские перестают работать (очевидно, из-за недостатка кислорода), и импульсам приходится искать новые маршруты.

С одной стороны, есть большое искушение сказать, что наконец-то найдены центры сознания. Мол, если их активировать, то сознание вернётся и человек выйдет из комы. С другой — остаётся загадкой, что происходит в случае самопроизвольного выхода из комы. Конечно, можно предположить, что информационные потоки как-то возвращаются на привычные маршруты, но что их к этому подталкивает? Наконец, исследователи рассматривали только частный случай комы, когда она происходит от продолжительного кислородного голодания мозга. Чтобы описанные в статье зоны мозга действительно стали «центрами сознания», следует удостовериться, что во всех случаях комы изменения в активности касаются одних и те же участков мозга. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Исследователи выяснили, что нейроны головного мозга взаимодействуют между собой легче и надёжнее, если они входят в группы по 40–50 клеток.

Нейронная сеть (фото Eran Lahav)Среди исследователей головного мозга бытует мнение, что он похож на пластилин: мол, он такой же мягкий и пластичный и так же легко принимает любую форму, а его нейроны свободны соединяются с чем угодно и как угодно. А вот Генри Маркрем из Швейцарского федерального института в Лозанне предлагает другое сравнение: мозг — это конструктор «Лего». Вы можете «конструировать» что угодно, но только из элементарных нейронных комплексов-«кирпичиков».

Г-н Маркрем и его команда разработали метод одновременного «прослушивания» электрической активности сразу нескольких отдельных нейронов в мозгу с использованием сверхтонких игл. На двухнедельных крысах было поставлено свыше 200 экспериментов, и в каждом случае авторы записывали «переговоры» внутри группы из 12 нейронов. Для этого они возбуждали импульсом извне один нейрон и следили за откликами его соседей, чтобы построить карту соединений между клетками.

Если бы мозг был похож на «пластилин», то каждый нейрон имел бы равные шансы на установление связи с любым другим нейроном. Но это не так. Оказалось, что для двух нейронов вероятность передать сигнал друг другу (а также прочность установившегося «медиамоста») прямо пропорциональна числу их общих соседей. Учёные смоделировали на компьютере систему из 2 000 нейронов и воспроизвели на ней свой эксперимент на крысах. Результаты получились те же.

Согласно сформулированному «правилу соседей», удалось определить функциональную группу нейронов в 40–50 клеток. Эти 40–50 нейронов и образуют элементарный мозговой «Лего-кирпич».

Отчёт об исследовании опубликован в журнале PNAS.

«Характер взаимодействия этих элементарных структур между собой индивидуален, поэтому люди воспринимают одни и те же вещи, но запоминают по-разному», — поясняет Генри Маркрем. По словам учёного, комбинация таких структур может представлять собой тот нервный «носитель», на который в течение всей жизни записывается информация. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

В глазу личинок дрозофил ничтожно мало фоторецепторов — всего 24 штуки (у человека, напомним, их 125 миллионов). Однако такая зрительная ущербность вовсе не мешает личинкам получать сложную, комплексную «картинку» из окружающей среды. Имея в своём распоряжении самый минимум фоторецепторов, мушиные личинки научились последовательно сканировать пространство, чтобы потом их мозг собрал из разрозненных кусочков целостное изображение.

Несмотря на свой невзрачный вид, личинки дрозофил владеют довольно хитроумным методом, который позволяет им, полуслепым, видеть больше, чем воспринимают их глаза. (Фото Nigel Cattlin / Corbis.)Исследователи из Университета Виргинии (США) обнаружили, что если личинку дрозофилы насильно привязать к дну чашки Петри, то другие личинки устремятся к ней в ответ на её судорожные движения. Возможно, инстинкт диктует им попытаться освободить сородича. Главное тут, впрочем, не взаимовыручка личинок, а то, как эти полуслепые создания с 24 пикселами в глазу вообще понимают, что кто-то рядом с ними зовёт на помощь. Может быть, они чувствуют вибрации или запах?

Эксперименты показали, что дело всё-таки в зрении. Как пишут авторы работы в Nature Communications, перед тем как устремиться на зов, свободные личинки совершали покачивающие движения головой из стороны в сторону, как бы удостоверяясь в том, что кому-то рядом нужна поддержка. Такая же реакция имела место и тогда, когда вместо живого пленника другим личинкам показывали видео с корчащимся червячком. Очевидно, что в случае видео ни об обонянии, ни о вибрациях и речи быть не может. Любопытно, что, когда скорость видеозаписи ускоряли или замедляли, личинки-«освободители» теряли к происходящему интерес. Кроме того, их никак не привлекали мёртвые и личинки других видов.

Иными словами, имея в распоряжении совсем немного «входных устройств» для сбора визуальной информации, личинки дрозофилы могут тем не менее получить довольно подробную картину происходящего: отличить живое от мёртвого, понять, свой ли вид просит о помощи, и насколько естественны призывные движения. Можно сказать, что мозг личинок видит больше, чем их глаза. Впрочем, такое же поведение можно увидеть и у людей с дефектами зрения: когда они оказываются в ситуации, в которой нужно что-то разглядеть, а света не хватает, они начинают точно так же сканировать пространство, вертя головой.

Выполнять сложную работу по сборке целостной картинки личинкам помогает их большой мозг. Хотя, конечно, его большие размеры весьма относительны: всего у личинок 20 тысяч нейронов, и учёные рассчитывают, что им не составит большого труда узнать, как происходит сборка изображения на нейронном уровне.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Биологи проанализировали скорость увеличения размеров мозга и массы тела у приматов, летучих мышей и хищников и пришли к выводу, что масса мозга менялась медленнее, чем тело этих животных по мере их эволюции, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences

Биологи проанализировали скорость увеличения размеров мозга и массы тела у приматов, летучих мышей и хищников и пришли к выводу, что масса мозга менялась медленнее, чем тело этих животных по мере их эволюции, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Когда мы использовали соотношение массы мозга и тела в качестве показателя интеллекта животного, мы всегда считали, что этот показатель меняется из-за увеличения или уменьшения размеров мозга. Наша работа показала, что это соотношение меняется по другим, более сложным правилам", - пояснил руководитель группы биологов Джерон Смаерс (Jeroen Smaers) из университетского колледжа Лондона (Великобритания).

Смаерс и его коллеги проверили, насколько быстро меняется размер мозга и масса тела трех отрядов млекопитающих - приматов, рукокрылых и хищников. Такой выбор был обусловлен тем, что эти животные эволюционировали под давлением трех различных сред обитания - древесной для приматов, воздушной для летучих мышей и наземной для хищников.

Авторы статьи вычислили массу тела и мозга у современных представителей этих отрядов и их вымерших предков, и сопоставили то, как менялась относительная масса мозга и мускулов по мере эволюции млекопитающих. В частности, ученые вычисляли массу мозга и тела у всех представителей одной эволюционной цепочки, построили графики эволюции мозга и тела, и отметили, какой из показателей изменялся больше всего с течением времени.

Оказалось, что в подавляющем числе случаев масса тела млекопитающих менялась гораздо быстрее и сильнее, чем размеры мозга. При этом каждый отряд животных эволюционировал по своей собственной программе.

В частности, масса тела летучих мышей уменьшалась значительно быстрее, чем их мозг, однако рост массы тела сопровождался примерно аналогичным увеличением объемов черепной коробки. Приматы эволюционировали несколько иным образом - скорость роста их массы мускулов была заметно выше, чем мозга, однако мозг уменьшался чуть быстрее, чем тело. По словам биологов, хищники развивались схожим образом, за исключением того, что масса их мозга уменьшалась быстрее, чем вес мускулов.

Таким образом, Смаерсу и его коллегам удалось показать, что мозг приматов, рукокрылых и хищников менялся несколько медленнее, чем мускулы и остальные части их тела. Это ставит под сомнение теории, описывающие универсальный механизм увеличения относительных размеров мозга у млекопитающих по мере их эволюции, заключают авторы статьи.

Источник: РИАНОВОСТИ

Главной зоной памяти у нас в мозгу считается гиппокамп; учёные давно знают о его роли в превращении кратковременной памяти в долговременную.

Гиппокамп в разрезе (фото Lush Photo)Исследователи из Колумбийского университета (США) решили посмотреть, не участвует ли он в принятии решений. Добровольцы, участники эксперимента, должны были выполнить следующее. Сначала им показывали пары картинок, на которых лицо, часть тела или какой-нибудь ландшафт соседствовали с цветным кругом. Пары картинок были постоянными, то есть определённый круг всегда оказывался вместе с определённым ландшафтом. Во второй части эксперимента показывали только цветные кружки, но при этом некоторые из них нужно было выбирать: за это давали денежное вознаграждение.

Наконец, на третьем этапе испытуемым снова демонстрировали пары картинок, но круги шли отдельно от ландшафтов и лиц. И в каждой паре опять нужно было выбрать одну иллюстрацию, чтобы получить приз, но на сей раз выбор оставили на волю случая: человек не знал, что надо предпочесть.

Тут можно представить такую цепочку ассоциаций. Человек на третьем этапе должен выбрать картинку, но не знает, какую, и тогда он вспоминает первый этап, где это изображение было связано с каким-то кружком, который на втором этапе приносил бонус. Может быть, и картинка, с ним связанная, тоже даст награду?.. Участники эксперимента ничего такого не осознавали, но поступали именно так. И, что самое главное, эту цепочку подтверждало фМРТ-сканирование мозга: чем активней у человека работал гиппокамп на второй стадии («кружок — вознаграждение»), тем сильнее был ассоциативный выбор на третьей стадии эксперимента.

Большую роль также играло соединение гиппокампа с полосатым телом, входящим в состав системы подкрепления. То есть, когда нужно было сделать выбор, мозг обращался к памяти, а гиппокамп подсказывал решение, исходя из приятных ощущений системы подкрепления.

Особенно важно в этих данных то, что такие ассоциативные цепочки могут не осознаваться человеком, но при этом широко использоваться мозгом. Прошлые впечатления действительно влияют на наше поведение, и это, по-видимому, не выдумка психологов и психоаналитиков, а обычный принцип работы мозга.

Результаты исследований опубликованы в журнале Science.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Кембрийский период, стартовавший около 540 млн лет назад, стал временем расцвета эволюционных чудаков. Например, в морях обитали беспозвоночные с бронированными телами, сложными глазами и мноногами, расположенными самым удивительным образом. Но были и проблески, от которых протянулась ниточка к современным животным.

Fuxianhuia protensa (здесь и ниже фото авторов работы)В числе последних — небольшое беспозвоночное Fuxianhuia, часть прекрасно сохранившейся в Китае Чэнцзянской фауны, которой 520 млн лет. Это 11-сантиметровое существо — одно из первых членистоногих в истории. И Грегори Эджкомб из лондонского Музея естественной истории (Великобритания) и его коллеги пришли к выводу, что один из экземпляров может содержать следы ранней нейронной анатомии.

Подобно другим окаменелостям из Чэнцзяна (провинция Юньнань) образцы Fuxianhuia оказались быстро погребены в среде с низким содержанием кислорода, что спасло их от бактериального разложения. У некоторых особей сохранились даже детали внутренних органов. Нервная анатомия выглядит как концентрация коричневого, богатого железом пигмента. Учёные распознали в этом мозг благодаря тому, что своими размерами, очертаниями и положением он напоминал мозг креветок из рода Palaemonetes.Исследователи интерпретируют эти тёмные пятна как мозг и зрительные доли

Мозг членистоногого состоял из трёх сегментов, которые сливались у рта, имеются также следы нервной ткани в глазных стебельках. Г-н Эджкомб полагает, что поразительное сходство нейронной анатомии образца и современных насекомых и некоторых ракообразных указывает на «довольно сложный мозг». Возможно, он развился с тем, чтобы обрабатывать зрительную информацию, получаемую в сравнительно высоком разрешении. Это утверждение соответствует гипотезе о том, что эволюция в кембрии протекала в виде гонки вооружений между хищником и жертвой. Судя по предполагаемым визуальным способностям Fuxianhuia и останкам трилобитов, обнаруженным в кишечнике родственных видов, кембрийское членистоногое было хищником, полагавшимся на острое зрение.

Появление сложного мозга в такой древности не может не удивлять (эксперты сравнивают это с появлением кошки среди голубей) и поднимает новые вопросы. Можно ли говорить о том, что такая нейронная анатомия была одной из ранних черт членистоногих? Или же она развилась ещё раз позднее?

И не все комментаторы не готовы принять предложенную интерпретацию.

Палеобиолог Грэм Бадд из Университета Уппсалы (Швеция) хотел бы сравнения с другими окаменелостями, но признаётся, что его не удивила бы правота коллег: «Каждый раз при развитии сложных зрительных систем в дело вступает жёсткий естественный отбор, необходимый для оптимизации нейронных систем, способных поддерживать их».

Исследователи интерпретируют эти тёмные пятна как мозг и зрительные доли Георг Майер из Лейпцигского университета (ФРГ), специалист по нейроанатомии членистоногих, и вовсе считает тёмные пятна смесью остатков нервной, мышечной и пищеварительной систем. В то же время г-н Майер далёк от желания отказать кембрийскому существу в сложном мозге: во-первых, тело животного имеет сложное строение; во-вторых, Fuxianhuia обитал в сложной и опасной среде.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.гочисленными

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Примитивные млекопитающие из отряда однопроходных и эволюционно древние страусы демонстрируют начальные этапы эволюции сна: и те, и другие спят «в одну фазу», без смены стадий быстрого и медленного сна.

Фаза быстрого сна: наибольшую активность проявляют те области мозга, которые управляют движениями глаз, это третья и четвёртая линии сверху. (Рисунок James Holmes)Большинство птиц и млекопитающих спят, чередуя фазы медленного и быстрого сна. Обе характеризуются особым поведением электрической активности головного мозга, которую можно отследить с помощью электроэнцефалографии. Если не вдаваться в подробности и не касаться различий в отдельных ритмах ЭЭГ, то во время медленного сна преобладают низкочастотные и низкоамплитудные волны. На стадии быстрого сна, наоборот, мозг активизируется, волны мозговой активности становятся более «беспокойными», наблюдаются быстрые движения глаз и снижение мышечного тонуса. Считается, что при быстром сне мозг осмысляет и архивирует информацию, полученную за время бодрствования.

Исследователей давно занимает проблема эволюции сна. И впрямь — как сложилась эта чересполосица с чередованием фаз? К сожалению, никакие окаменелости не могут рассказать нам, как спали древнейшие археоптериксы и саблезубые тигры, поэтому учёным приходится опираться на данные, собранные с ныне живущих зверей и птиц. Так, к примеру, известно, что почти все млекопитающие имеют обе фазы сна, а вот самые древние из них, яйцекладущие утконосы и ехидны, объединяемые в группу однопроходных, спят однофазным сном. При этом у них всё-таки есть некие зачатки второй фазы, а именно движения глаз и снижение мышечного тонуса, но ЭЭГ спящих утконосов демонстрирует только фазу медленного сна и какой-то гибрид из медленного и быстрого состояний.

Птиц на «эволюцию сна» детально до сих пор не проверяли. Было известно лишь, что у них тоже две фазы. Но только как они их получили — «в готовом виде» или, как и звери, начав «с нуля»?

Исследования специалистов из Института орнитологии общества Макса Планка (ФРГ) позволяют утверждать, что птицы в этом отношении прошли тот же путь, что и млекопитающие. Одной из самых эволюционно «ранних» групп у птиц считаются африканские страусы. Именно их и «привлекли» к эксперименту: исследователи записывали активность мозга шести самок страуса Struthio camelus во время сна, а также следили за движениями глаз и состоянием скелетных мышц птиц. Оказалось, что при внешних признаках, характерных для фазы быстрого сна, электрическая активность мозга во время такой псевдобыстрой фазы у страусов — как и у утконосов — колеблется между быстрым и медленным сном. Результаты экспериментов исследователи представили на сайте PLoS ONE.

Учёные делают вывод, что разделение фаз у птиц шло по такому же пути, как и у млекопитающих. Сначала было некое гибридное состояние, мозг пытался выйти в быстрый сон, но никак не мог в этой фазе удержаться. В пользу этого говорит и то, что «псевдобыстрый» сон у страусов и утконосов длится гораздо дольше, чем нормальный быстрый сон у более эволюционно молодых групп зверей и птиц. Разделение сна на фазы с различными функциями случилось лишь по истечении какого-то эволюционного промежутка.

С нарушениями длительности и чередования фаз сна связано несколько нервных расстройств, поэтому любые, даже сугубо теоретические сведения об эволюции сна когда-нибудь могут приобрести важное практическое значение.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

Учёные проанализировали молекулярно-генетические отличия мозга человека от мозга обезьян.

Хотя у шимпанзе мозг в два раза меньше, чем у человека, учёные полагают, что главные отличия нашего мозга от обезьяньего — качественные, а не количественные (фото Bettmann / Corbis)Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) сумели подтвердить гипотезу о том, что развитие мозга приматов не столько увеличивало его, сколько усложняло его архитектуру. Учёные использовали образцы, взятые у человека, шимпанзе и макаки-резус из трёх зон: лобных долей, гиппокампа и полосатого тела. (В будущем авторы работы собираются повторить исследования с другими участками мозга.) Сравнивали, однако, не саму нервную ткань, а активность генов, которую оценивали по спектру мРНК.

Как пишут исследователи в статье, опубликованной в журнале Neuron , наибольшие различия были найдены в лобных долях, наименьшие — в древнем полосатом теле. У человека, по сравнению с обезьянами, во много раз усложнилась схема генетической активности в нейронах лобных долей. И в первую очередь это касается генов, отвечающих за синаптическую пластичность , которая лежит в основе обучаемости и вообще высших когнитивных функций.

Особенное внимание исследователей привлёк ген CLOCK, который считается главным регулятором циркадного ритма, а нарушения в его работе сопутствуют психоневрологическим болезням вроде биполярного расстройства . По-видимому, у CLOCK есть дополнительные функции, не связанные с суточным ритмом, — учёные полагают, что CLOCK организует работу разных генетических комплексов, в том числе тех, что обеспечивают наше отличие от остальных приматов.

Также по сравнению с обезьянами у человека более тесно взаимодействуют гены, управляемые FOXP1 и FOXP2. Об этой паре обычно вспоминают, когда речь заходит о способности говорить и понимать чужую речь.

Гены, отвечающие за размер мозга, в поле зрения исследователей не попали. То есть эволюционный скачок от обезьяны к человеку произошёл, очевидно, за счёт усложнения молекулярных взаимодействий между генами, с помощью изменений в активности генов-операторов, которые этими взаимодействиями управляют. А уж молекулярно-генетические изменения повлекли за собой перестройки в архитектуре.

Но совсем сбрасывать со счетов изменения в объёме мозга нельзя: всё-таки у шимпанзе он в два раза меньше, чем у человека. Но при этом учёные делают вывод, что главные отличия человеческого мозга от обезьяньего относятся всё же к характеристикам качественным, а не количественным.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

У трёхиглой колюшки половой диморфизм проявляется в размере мозга: у самцов он намного крупнее, из-за чего колюшки являются едва ли не единственным видом, у которого разница в поведении полов обусловливается сложностью нервной системы.

Самец трёхиглой колюшки в брачном наряде (фото Simon Booth)Эволюция учит нас: чем больше мозг (точнее, чем больше отношение массы мозга к массе тела), тем умнее животное. Та же эволюция говорит, что, хотя все виды различаются по этому показателю, межполовых различий в нём нет. Ни один мужчина в мире, будь он трижды альфа-самец, не может попрекнуть женщину недостатком мозгов, разве что в метафорическом смысле. Половой диморфизм не касается размеров мозга — за одним исключением.

Зоологи из Университета Уппсалы (Швеция) изучали популяцию трёхиглой колюшки, которая обитает в одном из озёр Исландии. Обычно колюшки живут в море, заходя в пресные воды только на нерест, а вот исландские рыбки всю жизнь проводят в озере. Они известны своим брачным поведением. Когда настаёт пора размножаться, самец приобретает яркую окраску и начинает строить гнездо. Сооружает он его из разнообразного подводного мусора, который находит на своей территории. Когда гнездо завершено, самец занимает позицию перед входом и начинает совершать зигзагообразные движения, привлекая самок. Когда самка появляется, самец предлагает ей осмотреть постройку. Если самка сочтёт гнездо и самца достойными внимания, она откладывает икру, которую самец и оплодотворяет. Созревающей икре угрожают грибковые инфекции, поэтому на самца ложится ещё и забота о кладке: он вентилирует гнездо, обеспечивая приток свежей воды, а заражённые икринки выбрасывает подальше.

Таким образом, самец демонстрирует гораздо более сложное поведение, чем самка. И, как пишут шведские зоологи в веб-журнале PLoS ONE, эта разница отражается в устройстве нервной системы рыб.

Исследователи проанализировали мозг 58 самцов и 61 самки и обнаружили, что у самцов он весит 24,2 мг, а у самок — 19,7 мг. Длина тела самцов и самок при этом была примерно одинаковой — 4,5 см. Размер мозга не единственный параметр интеллекта. Он лишь указывает на количество нейронов, а соединяться эти нейроны могут по-разному: у кого-то межнейронных соединений больше, у кого-то — меньше. У кого их больше, тот и умнее.

Но в случае с колюшкой, полагают исследователи, самкам вряд ли стоит уповать на параметр сложности нейронной сети: уж больно хорошо у этого вида рыб разница в сложности поведения совпала с разницей в размере мозга. Возможная причина, из-за которой самки могли бы так уступить самцам, может заключаться в необходимости откладывать много икры. У этого конкретного вида, рассуждают зоологи, эволюция могла перераспределить ресурсы организма самки с увеличения мозга на увеличение половых желёз, которые составляют 40% массы её тела.

Источник:  КОМПЬЛЕНТА

Разные участки коры головного мозга активизируются у двух обезьян, выполняющих одно и то же задание, но имеющих разные характеры.

Американские ученые из Университета Вашингтона в Сент-Луисе проследили активность мозговой коры двух обезьян, игравших в несложную компьютерную игру. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Чтобы выяснить, как сознательные движения рук обезьян связаны с работой их мозга, ученые вживили в мозговую кору двух макак-резусов несколько сотен электродов и научили животных с помощью джойстика выполнять простое задание на экране компьютера. Суть задания заключалась в том, чтобы подвести курсор в форме шарика к другому шарику на экране. В случае успешного выполнения задания обезьянам давали кусочки сладостей.

Во время прохождения задания на экране последовательно появлялись препятствия в форме буквы «П», мимо которых обезьяны должны были обводить курсор. Ученые записали активность нейронов мозга обеих обезьян, однако,вопреки своим ожиданиям, не смогли свести ее к общему алгоритму. «Мы объединили результаты экспериментов и оказалось, что данные по двум обезьянам противоречат друг другу», -- пояснил Томас Пирс, один из авторов статьи.

Когда ученые внимательно проанализировали, как обезьяны выполняют задания, выяснилось, что они делают это в разной манере. Одна из обезьян сразу же начинала двигать курсором и обходила препятствия по мере их поступления. Другая же, более неторопливая обезьяна, дожидалась, пока все препятствия появятся на экране, и только потом начинала двигать курсор к цели. Такая тактика позволяла этой обезьяне рассчитывать оптимальный маршрут, что вдвое сокращало время выполнения задания.

По мнению авторов статьи, их открытие говорит о том, что различия в характере обезьян могут также сказываться и на активности их мозга.

Источник: infox.ru