Новое исследование показывает, что мозг египетских фруктовых летучих мышей узкоспециализирован для эхолокации и полета, а моторные области коры головного мозга предназначены для производства сонара и управления крыльями. Работа исследователей из Калифорнийского университета в Дэвисе и Калифорнийском университете в Беркли была опубликована 25 мая в журнале Current Biology.
Лаборатория профессора Лии Крубитцер в Центре неврологии Калифорнийского университета в Дэвисе изучает, как эволюция приводит к вариациям в организации мозга у самых разных млекопитающих, включая опоссумов, землероек, грызунов и приматов. Этот сравнительный нейробиологический подход показывает, как эволюция и развитие влияют на организацию мозга.
Хотя летучие мыши составляют четверть всех ныне живущих видов млекопитающих, это первый раз, когда была нанесена на карту полная моторная кора любой летучей мыши, сказал первый автор Эндрю Халли, научный сотрудник лаборатории Крубитцера.
Исследователи использовали электроды для стимуляции различных областей моторной коры у анестезированных летучих мышей, чтобы определить движения мышц и конечностей, вызванные стимуляцией. В то время как классические теории организации моторной коры предполагают, что отдельные мышцы представлены в моторной коре, новое исследование обнаружило доказательства сложных движений в различных областях тела.
«Вместо этого мы обнаружили, что области мозга представляют собой общую синергию мышц, а не отдельных мышц», — сказал Крубитцер.
Египетская фруктовая летучая мышь (Rousettus aegyptiacus) необычна среди летучих мышей, потому что она эхолокирует, используя язык, а не гортань (последний метод используется большинством эхолокационных летучих мышей). Известно, что египетские фруктовые летучие мыши точно контролируют моторику своего языка и способны направлять лучи сонара в разных направлениях, просто манипулируя языком во рту, не двигая головой.
Соответственно, моторная кора животного имеет необычно большую область, которая представляет движения языка, сказал Галлей. Более 40 процентов сенсорной и моторной коры, которые были стимулированы, производили движения языка — намного больше, чем у других изученных видов, таких как приматы и грызуны.
Это исследование является частью более крупного сравнительного проекта в лаборатории Крубитцера, который показал, что двигательные области мозга организованы в соответствии с различиями в их телах и поведении. «Если вы посмотрите на макаку- резус , то увидите, что огромное количество коры головного мозга занято хватанием», — сказал Крубитцер. Точно так же у людей сильно представлены руки.
Координация передних и задних конечностей для полета
Крыло летучей мыши состоит из перепонок, которые проходят через «пальцы» ее передней конечности и обратно к задней конечности и хвосту. Движение любой из этих частей тела может повлиять на форму крыла и изменить траекторию полета. Исследователи обнаружили, что лишь немногие области моторной коры представляют движения передних конечностей. Вместо этого подавляющее большинство коры представляло собой синергетические движения плеч и задних конечностей. Это отражает тот факт, что когда эти летучие мыши летают, сила движения крыльев исходит от плечевых мышц, а тонкая регулировка, необходимая для полета, происходит за счет скоординированных движений плечевых мышц и мышц задних конечностей.
В то время как движения передних конечностей обычно сочетались с движениями задних конечностей, другие области коры действительно производили движения только мышц задних конечностей. Вероятно, они связаны с двигательным поведением летучих мышей, «ходя» по деревьям, хватаясь за ветки задними конечностями.
По словам Крубитцера , изучение организации мозга самых разных млекопитающих помогает нам лучше понять собственный мозг.
«Когда мы можем смотреть на виды, это становится действительно мощным подходом для экстраполяции на состояние человека», — сказала она.
