Mozgovi slepih miševa pokazuju globalni nervni kompas koji ne zavisi od Meseca i zvezda

Oko 40 kilometara istočno od obale Tanzanije u istočnoj Africi nalazi se ostrvo Lejtem — stenovito, potpuno izolovano i nenaseljeno parče zemlje veliko kao otprilike sedam fudbalskih terena.

Upravo na ovom neočekivanom mestu su istraživači iz izraelskog Instituta za nauku Vajcman zabeležili – dosad prvi put – nervnu aktivnost sisara u divljini, piše Phys.org.

Preporučujemo

Koristili su maleni uređaj za snimanje, na nivou pojedinačnih neurona, moždane aktivnosti velikih slepih miševa dok su leteli širom ostrva. Naučnici su otkrili da je nervni "kompas" slepih miševa globalan – obezbeđuje stabilne informacije o pravcu širom celog ostrva i ne zavisi od Meseca ili zvezda.

Mnoge vrste imaju bihevioralnu sposobnost da se orijentišu pomoću „unutrašnjeg kompasa“ i sasvim je moguće da se ljudi oslanjaju na isti nervni mehanizam koji je proučavan kod ovih slepih miševa.

Godine 2018, istraživači su krenuli u potragu širom sveta za prirodnim okruženjem koje bi omogućilo proučavanje navigacije sisara u divljini.

„Tražili smo područje koje je dovoljno veliko da oslobodimo slepe miševe i da pratimo njihovu navigaciju, ali ne preveliko, bez visokog drveća i izolovano od drugog kopna kako bismo ih lako mogli ponovo uhvatiti i doći do snimaka njihove moždane aktivnosti“.

Mogli biste pomislili da postoji mnoštvo pogodnih ostrva, ali čak ni posle sistematske potrage širom sveta nismo mogli da pronađemo odgovarajuće. Tokom naporne potrage za nekim ostrvom usred okeana pomoću kompjuterskog programa Google Earth otkrili smo ostrvo Lejtem, kažu istraživači.

Ostrvo se nalazi blizu ekvatora; tokom godine postoje dve sušne sezone sa generalno prijatnim vremenom, kaže on. Ekspedicija je počela u februaru 2023, kad su bili očekivani pogodni vremenski uslovi.

„Izabrali smo šest slepih miševa iste vrste koju smo prethodno proučavali u Izraelu i u njih smo implantirali malene uređaje koji snimaju moždanu aktivnost i putem GPS-a prenose njihovu lokaciju. Ovo je najmanji uređaj svoje vrste na svetu, razvijen posebno za ovu studiju. Zatim smo otplovili na ostrvo“, kažu istraživači.

Nažalost, ciklon Fredi, najduži tropski ciklon ikad zabeležen, još je besneo oko 1.500 kilometara južno, stvarajući jake vetrove na ostrvu i sprečavajući slepe miševe da lete tokom prve nedelje. Na kraju se vreme popravilo i eksperiment je počeo. Prilikom drugog putovanja, u 2024, vreme je bilo mnogo povoljnije, bez oluja.

Slepi miševi su se prvo aklimatizovali, a onda je svake noći po jedan pušten da leti 30-50 minuta. Istraživači su snimali aktivnost više od 400 neurona duboko u njihovim mozgovima, u oblastima za koje se zna da su uključene u navigaciju.

Otkriveno je da svaki put kad su slepi miševi leteli sa glavom okrenutom u određenom pravcu — npr. ka severu — specifična grupa neurona postaje aktivna, stvarajući „interni kompas“. Navigacija putem usmerenih neurona viđena je ranije u laboratorijskim uslovima. Međutim, ovo je prvi dokaz da se dešava i u prirodi.

Kad su analizirani snimci iz različitih delova ostrva, otkriveno je da je aktivnost ćelija pobuđenih usmerenošću glave bila dosledna i pouzdana širom celog ostrva, omogućavajući slepim miševima da se orijentišu na velikom geografskom prostoru.

„Jedno od velikih pitanja u navigaciji sisara jeste da li ćelije pobuđene usmerenošću glave funkcionišu kao lokalni ili globalni kompas“, kažu istraživači. „Drugačije rečeno, da li je data grupa ćelija uvek okrenuta u istom pravcu ili se ceo kompas reorijentiše zavisno od lokalnog okruženja?“.

„Otkrili smo da je kompas globalan i ujednačen: bez obzira na to gde se slepi miš nalazi na ostrvu i šta vidi, određene ćelije su uvek usmerene u istom pravcu — sever ostaje sever, a jug ostaje jug. Takođe smo videli da promena pravca obalske linije nije poremetila kompas kad bi slepi miš prešao sa zapadne obale ostrva na južnu. Osim toga, kompas je ostao postojan čak i kad su slepi miševi leteli različitim brzinama i na različitim visinama.“

Sledeće pitanje je bilo na koje informacije se kompas slepih miševa oslanja. Mnoge ptice selice koriste Zemljino magnetno polje, čiji pravac je konstantan, baš kao kod kompasa ljudske proizvodnje. Međutim, izgleda da to nije tako u slučaju slepih miševa.

Tokom prvih noći na ostrvu, aktivnost neuronskog kompasa nije bila baš stabilna. Istraživači su posmatrali proces postepenog učenja, sve dok treće noći orijentacija slepih miševa nije postala veoma stabilna. Takvo učenje nije u skladu sa upotrebom magnetnog polja, koje je bilo prisutno od prve noći.

Drugi način orijentacije u prostoru je oslanjanje na obeležja u okolini, poput visokih zgrada u velikom gradu.

„Naša saznanja ukazuju da je to najverovatnija opcija i u skladu je sa potrebom da se upozna novo okruženje tokom nekoliko dana“, kažu istraživači. „Svako prirodno okruženje je puno obeležja koja se mogu videti, omirisati ili čuti. Topografija ostrva Lejtem uključivala je litice i velike stene koje su mogle poslužiti kao navigacioni znaci“.

Kod ovih slepih miševa vid je dominantno čulo i ima najveći domet, pa se pretpostavlja da se uglavnom oslanjaju na vid. Za razliku od navigacije zasnovane na magnetnim poljima, sistem koji zavisi od učenja orijentira zahteva složene nervne računice, delimično zato što su samo neki od njih vidljivi sa neke date tačke. Upravo zbog toga upotreba ovog sistema zahteva nekoliko dana – to jest noći – učenja.

Mogu li slepi miševi, poput ljudi i drugih životinja, da se orijentišu gledajući u nebo i koristeći Sunce, Mesec i zvezde? Nebeska tela su nestabilni znakovi — pojavljuju se, pomeraju i onda nestaju — tako da je njihovo korišćenje za navigaciju komplikovano.

Ranije laboratorijske studije pokazale su da pokretni objekti koji podsećaju na nebeska tela mogu uticati na aktivnost ćelija pobuđenih usmerenošću glave u mozgu sisara, ali kad su istraživači beležili aktivnost ovih ćelija kod slepih miševa u divljini pre i posle izlaska Meseca – nisu primetili nikakvu promenu. Isto tako, interni kompas slepih miševa je ostao stabilan i tačan bez obzira na to da li su Mesec i zvezde bili vidljivi ili zaklonjeni oblacima.

„Otkrili smo da Mesec i zvezde nisu bitni za navigaciju slepih miševa“, kažu istraživači. „Ipak, moguće je da njihov kompas integriše nebeske znake sa lokalnim orijentirima. Ugao nebeskih tela u odnosu na životinju ne zavisi od njene precizne lokacije, tako da ta tela mogu poslužiti za kalibraciju kompasa. Na primer, tokom prve noći u novom okruženju kao što je ostrvo Lejtem, slepi miševi su mogli uporediti poziciju orijentira sa pozicijiom nebeskih tela, obezbeđujući ‘apsolutnu istinu’ — što bi znatno ubrzalo učenje i stabilizovalo kompas.“

Ćelije pobuđene usmerenošću glave su najosnovniji navigacioni mehanizam kod sisara i pojavljuju se u najranijem stadijumu razvoja mozga nakon rođenja. Takođe su evoluciono sačuvane — nalaze se kod vrsta u rasponu od muva preko glodara do slepih miševa.

„Donedavno, osoba nesposobna za navigaciju ne bi preživela. Čak i danas, sposobnost orijentacije može biti spasonosna. Proučavanje navigacije kod sisara pomaže nam da pretpostavimo kako mehanizmi navigacije funkcionišu u ljudskom mozgu i kako mogu biti poremećeni, npr. kod neurodegenerativnih bolesti kao što je Alchajmerova“, kažu istraživači.

Iako u laboratoriji Instituta Vajcman postoje uslovi koji simuliraju prirodna okruženja — uključujući velike sobe za letenje i tunel za slepe miševe dugačak 200 metara — i dalje nedostaje puna složenost divljine. Donedavno je bilo nemoguće proučavati moždanu aktivnost u prirodnim uslovima; sposobnost da se to sad konačno uradi je delom rezultat tehnološkog napretka i minijaturizacije.

„Naravno, istraživanje u divljini je kompleksno i nepredvidivo. Na primer, morali smo da zamolimo komercijalnu satelitsku kompaniju da malo pomeri svoj satelit kako bismo imali signal na ostrvu. Uprkos izazovima, naša otkrića pokazuju da ne postoji zamena za proveru laboratorijskih saznanja u stvarnom svetu. Nadamo se da će naša studija ohrabriti druge grupe, u oblasti nauka o mozgu i u drugim oblastima, da svoje istraživanje iznesu iz laboratorije u prirodu“, kažu istraživači.

(Telegraf Nauka/Phys.org)