«Красный свет — хода нет»: ученые заставили плодовых мушек замирать от красного света — что это говорит о механизмах в мозге

Салил Бидайе — эксперт в использовании плодовых мушек в научных целях. Команда Бидайе ранее уже выявила нейроны, отвечающие за движение в разные стороны. Теперь занялись вопросом остановки, который, несмотря на кажущуюся простоту, довольно сложен и плохо изучен. Научную работу опубликовали в Nature.

По словам Бидайе, остановка в нужный момент важна для передвижения не меньше, чем ходьба. Также она играет важнейшую роль, например, при приеме пищи и спаривании. Ученые хотели разобраться, как мозг контролирует остановку и за счет чего сигналы остановки перекрывают сигналы ходьбы. Используя оптогенетику, чтобы активировать конкретные нейроны красным светом, исследователи проверили, какие из них вызывают остановку свободно идущих мух.

Нашли сразу три разных типа нейронов, которые назвали «Наперстянка», «Голубой колокольчик» и «Тормоз». Они активировали два механизма остановки. «Наперстянки» и «колокольчики» работали схожим образом, только первые отвечали за ходьбу вперед, а вторые — за повороты. «Тормоза» работали иначе: отменяли все команды ходьбы и усиливали сопротивление суставов ног.

Первый механизм, который назвали Walk-OFF, полагается на тормозной нейротрансмиттер GABA. Он подавляет нейроны, побуждающие к ходьбе. Второй механизм, который, как и тип запускающих его нейронов, назвали «Тормоз», возбуждает нейроны, активно препятствующие шагам, увеличивает сопротивление в суставах и стабильность при торможении.

Если провести аналогию с автомобилем, разница — как между снятием ноги с педали газа без нажатия на тормоз, и, собственно, нажатием. Ведущий автор работы Неха Сапкал рассказала, что команда была взволнована открытием «Тормоза»: он не похож на ранее обнаруженные и так здорово работает!

Ученые выяснили, что в каждой ситуации используется лишь один из механизмов остановки. Например, при питании применяется механизм Walk-OFF, а активируется он нейронами, чувствующими сахар. С другой стороны, когда муха занимается уходом за собой, ей нужно поднимать сразу несколько лап и сохранять равновесие, поэтому включается механизм «Тормоз».

В будущем можно будет выявить аналогичные процессы и у более сложных животных. Например, когда мы поднимаем ногу, чтобы убрать камень, застрявший в протекторе ботинка, и не упасть, мы, скорее всего, используем механизм, аналогичный «Тормозу».