Рамон-и-Кахал, известный нейроанатом, первым исследовал мозг мух. Таким образом, почти столетие назад он обнаружил группу клеток, которую он описал как «любопытные элементы с двумя пучками».
Примерно 50 лет спустя немецкий физик Вернер Райхардт постулировал в своих поведенческих экспериментах с мухами, что они обладают «элементарными детекторами движения», как он их называл. Эти детекторы сравнивают изменения яркости между двумя соседними фоторецепторами или фасетками в глазу плодовой мушки для каждой точки визуального пространства. Затем на основе этого рассчитывается направление локального движения. По крайней мере, это то, что предсказывает теория.
С того времени исследовательское сообщество плодовых мух размышляло о том, являются ли эти «двояковыпуклые клетки», описанные Кахалем, загадочными элементарными детекторами движения.Ответ на этот вопрос давался медленно, поскольку пучковые элементы чрезвычайно малы — слишком малы для того, чтобы воткнуть в них электрод и улавливать их электрические сигналы. Теперь Александру Борсту и его группе в Институте нейробиологии Макса Планка удалось совершить прорыв с помощью индикатора кальция.
Эти флуоресцентные белки образуются самими нейронами и меняют свою флуоресценцию, когда клетки активны. Таким образом, наконец, ученые получили возможность наблюдать и измерять активность пучковых клеток под микроскопом. Результаты доказывают, что эти клетки на самом деле являются простейшими детекторами движения, предсказанными Вернером Райхардтом.
Как показали дальнейшие эксперименты, тафтинговые клетки можно разделить на две группы. Одна группа (клетки T4) реагирует только на переход от темноты к свету, вызванный движением, в то время как другая группа (клетки T5) реагирует противоположным образом — только на края от светлого к темному. В каждой группе есть четыре подгруппы, каждая из которых реагирует только на движения в определенном направлении — вправо, влево, вверх или вниз. Нейроны в этих направленно-селективных группах передают свою информацию слоям последующей нервной ткани, которые полностью отделены друг от друга.
Там крупные нейроны используют эти сигналы для визуального управления полетом, генерируя, например, соответствующие команды для мускулатуры полета. Ученые убедительно доказали это: когда они блокировали клетки Т4, нейроны, соединенные ниже по течению, и сами плодовые мушки, как показали поведенческие тесты, были слепы к движениям, вызванным переходом от темного к светлому. Когда клетки Т5 были заблокированы, края от светлого к темному больше не могли быть видны.В ходе обсуждения результатов своих исследований, которые только что были опубликованы в научном журнале Nature, оба ведущих автора, Мэтт Майсак и Юрген Хааг, были очень впечатлены «четко дифференцированной, но упорядоченной» информацией о движении в мозгу плодовых мушек. . Александр Борст, руководитель исследования, добавляет: «Это была настоящая командная работа — почти все члены моего отдела принимали участие в экспериментах.
Одна группа проводила измерения кальция, другая занималась электрофизиологией, а третья выполняла измерения. поведенческие измерения. Все они сошлись воедино.
Это был замечательный опыт ». И так должно продолжаться, поскольку ученые уже обращаются к следующей гигантской задаче: теперь они хотели бы идентифицировать нейроны, которые доставляют входные сигналы к элементарным детекторам движения. Согласно Райхардту, два сигнала, исходящие от соседних фоторецепторов в глазу, должны задерживаться по отношению друг к другу. "Это будет действительно захватывающе!" — говорит Александр Борст.