Mechanizm neuronowy zaangażowany w przedłużone podejmowanie decyzji u muszek owocowych

Wiadomo, że rodzice dokładają wszelkich starań, aby zapewnić swoim dzieciom jak najlepszy start w życiu – odpowiedni okręg szkolny, lekcje gry na pianinie, ortodoncja. Muszki owocówki nie różnią się niczym od muszek owocówek, nawet jeśli przygotowanie ich potomstwa do odniesienia sukcesu jest kluczem: jeśli jesteś muchą, znalezienie odpowiedniego miejsca do złożenia jaj – gdzie będą bezpieczne od pająków i głodu – jest jednym z najważniejszych najważniejsze życiowe decyzje, jakie kiedykolwiek podejmiesz.

A teraz nowe badanie opublikowany in Nature rzuciło światło na sposób, w jaki muszki owocówki rozważają swoje wybory, decydując, gdzie złożyć jaja – odkrycia, które mogą zbudować podstawę do zrozumienia, w jaki sposób ludzie podejmują świadome i strategiczne decyzje.

mówi pierwszy autor, Vikram Vijayan, badacz ze stopniem doktora w Rockefeller Laboratory for Integrated Brain Function, kierowany przez dr. Gabe Maimon. „To ważny krok w kierunku zrozumienia, bardziej ogólnie, w jaki sposób przetwarzanie informacji w mózgu przekłada się na dyskretne działania”.

czas decyzji

Nie wszystkie decyzje są sobie równe. Niektóre z nich są łatwe do wykonania w mgnieniu oka – gdyby kamień uderzył cię w twarz, schyliłbyś się bez większego namysłu. Ale inne, takie jak zamawianie wstępu do restauracji, są powiadamiane przez ocenę różnych opcji i mogą zająć kilka minut.

Tak jest w przypadku much zastanawiających się, gdzie zostawiają swoje jaja. Aby to zbadać, Vijayan zbudował małą, obrotową bieżnię, która pozwala muchom na głowach chodzić po różnych powierzchniach z różnymi stężeniami sacharozy, symulując różne części owoców, które mogą napotkać w prawdziwym świecie. Gdy muchy spacerowały, naukowcy mogli mierzyć aktywność mózgu, podczas gdy owady były informowane o wyborach.

Tymczasem naukowcy skupili się na określonej grupie komórek mózgowych, znanych jako neurony składania jaj (OviDN), które w poprzednich pracach były generalnie kojarzone ze zdolnością do składania jaj.

Naukowcy starali się zrozumieć, czy aktywność w tych komórkach może nam powiedzieć, kiedy i gdzie muchy składają jaja. Wcześniejsze prace w dziedzinie neuronauki wykazały, że komórki odpowiedzialne za podejmowanie decyzji wykazują aktywność, która wzrasta do poziomu progowego, gdy decyzja jest podejmowana. Jednak te wcześniejsze sygnały wzrosły tylko w ciągu kilku sekund lub mniej, co oznacza, że ​​mogą wyjaśniać, w jaki sposób osoba odwraca się, gdy przejeżdża po niej kamień, ale nie w jaki sposób ktoś wybiera obiad w restauracji.

Obrazując aktywność oviDN, naukowcy wykryli sygnał wapniowy, który oscylował w górę iw dół, gdy muchy badały różne opcje składania jaj, ostatecznie osiągając poziom progowy lub szczytowy w momencie rozpoczęcia składania jaj. Postępy w poprzednich pracach tutaj, proces podnoszenia może zająć minutę lub dłużej, aby osiągnąć próg, zapewniając mechanizm podejmowania decyzji w tej dłuższej skali czasowej.

Początkowo naukowcy po prostu obserwowali proces neuronalny. Ale później zaczęli ostrożnie dostosowywać proces, aby zobaczyć, czy wpłynie to na podejmowane decyzje. Czasami Vijayan aktywował neurony, aby przyspieszyć proces wznoszenia się do progu. Kiedy to zrobił, zauważył, że jaja pojawiały się, gdy aktywność neuronów osiągnęła wartość progową, potwierdzając, że decyzja o złożeniu jaj była rzeczywiście związana z osiągnięciem przez ten proces maksymalnego progu. „Ogólnie rzecz biorąc, trudno było skorelować przekroczenie progu z początkiem porodu u jakiegokolwiek zwierzęcia” – mówi Vijayan. „Jednak w tym przypadku odkryliśmy, że działania oddolne uruchamiają”.

Innym razem Vijayan delikatnie blokował OviDN, wydłużając czas potrzebny do osiągnięcia progu przez proces, w który są zaangażowani. Muchy w tych próbach potrzebowały więcej czasu na podjęcie decyzji, a kiedy już to zrobiły, muchy podejmowały również bardziej trafne decyzje. Oznacza to, że składają więcej jaj na podłożu, które odpowiada ich oczekiwanym preferencjom w środowisku naturalnym.

To odkrycie sugeruje coś, co ludzie już podejrzewają – często im bardziej jesteśmy skłonni do rozważenia wyborów, tym bardziej prawdopodobne jest, że dokonamy lepszych wyborów, a tym samym lepszych decyzji. „To samo dotyczy much. Im więcej czasu muchy spędzają na eksploracji, tym częściej wybierają opcję, która rzekomo najlepiej gwarantuje przetrwanie ich potomstwa” – mówi Vijayan.

Nowe Aleje

Naukowcy są przekonani, że odkrycia z tego badania mogą ostatecznie wyjaśnić, w jaki sposób procesy decyzyjne ewoluowały u ssaków, a być może nawet u ludzi. „Ta praca pozwala nam wyobrazić sobie, że podobny proces progowania może zachodzić w naszym mózgu, kiedy wybieramy ubranie do noszenia rano – zadanie podobne do tego, które wykonują muchy” – mówi Mimoun. Zauważa również, że jeśli uda nam się zrozumieć, jak z minuty na minutę działają procesy decyzyjne w zdrowym mózgu, może to jedynie pomóc w kształtowaniu w przyszłości podejść do leczenia chorób neuropsychiatrycznych, w których zdolności podejmowania decyzji zmieniają się w tej skali czasowej.

W ramach kolejnych kroków Maimon i Vijayan chcą zrozumieć mechanizmy molekularne, które umożliwiają konstruowanie sygnałów skierowanych w górę do podejmowania decyzji. „Sygnał wapniowy, który widzimy w tych neuronach, czasami porusza się w górę i w dół z powodów, których nie potrafimy wyjaśnić. Zbadaliśmy jeden czynnik — względny skład chemiczny wyborów — aby wyjaśnić wzloty i upadki sygnału wapniowego. Badanie innych czynników może pomóc” lepiej rozumiemy, jak ewoluuje ten proces, stąd w jaki sposób zwierzęta w naturze podejmują drobne decyzje” – mówi Mimoun.