Джмелі з щільним мозком виявилися кмітливішими за побратимів

Джмелі вміють розпізнавати і запам'ятати кольори, але для цього їм потрібен різний час. Британські вчені з'ясували, що швидкість навчання і пам'ять позитивно пов'язані із щільністю синаптичних утворень певних структур мозку, тобто чим щільніше синаптичні комплекси, тим краще особина справляється із завданням. Але вірно і протилежне: навчання більш складним завданням робить синаптичні комплекси щільнішими. Результати дослідження опубліковані в журналі.

Відомо, що синаптична пластичність важлива для успішного навчання. Однак індивідуальні когнітивні здібності можуть значно відрізнятися, і як це відбувається з точки зору синаптичного пристрою, не до кінця зрозуміло. Попередні дослідження інтелекту комах виявили синаптичні зміни, пов'язані з віком. Цього разу вчені вирішили простежити зв'язки між індивідуальною швидкістю навчання, довгостроковою пам'яттю, складністю завдання, і змінами в щільності структур мозку на прикладі земляних джмелів (.

Вчені провели ряд експериментів, в яких джмелі вчилися розпізнавати кольори: в експериментальній камері розташовувалося 20 або кольорових, або прозорих платформ, на яких знаходилася солодка або гірка вода. У деяких експериментах вчені використовували тільки два кольори, в інших - десять різних кольорів. Через два дні після фази навчання слідувала фаза перевірки пам'яті, яка проходила точно в таких же умовах, що і тренування, тільки зі звичайною водою. Десять кольорів - досить багато, щоб простежити індивідуальні відмінності в швидкості навчання і точності пам'яті. Після тесту на пам'ять комах збирали для дослідження структур мозку: вчені витягували мозок, імунофарбовували пресинаптичні термінали і вимірювали їх щільність і розмір чашевидної порожнини. За навчання комах відповідають грибоподібні тіла, головним чином чашевидна порожнина, яка приймає сенсорні сигнали і складається з декількох ділянок. Візуальну інформацію отримує «комір», а запахи з антенної частки надходять в «губу», експериментатори очищали експериментальну камеру після кожного відвідування її комахам, щоб виключити вплив запахів.

Дизайн першого експерименту дозволяв вивчити зв'язок пам'яті кожної особини з щільністю структур мозку: джмелі проходили навчання, в результаті якого з майже стовідсотковою точністю сідали на «солодкі кольори» (п'ять кольорових платформ), уникаючи гіркі (інші п'ять платформ). Через два дні в тих же умовах комахи проходили тест. Другий експеримент повторював перший, але джмелів збирали вже після фази навчання, менш, ніж через годину, щоб не дозволити новим синапсам сформуватися. Це потрібно було, щоб зіставити швидкість навчання з щільністю мозку ще до того, як навчання його змінило.

За результатами першого експерименту виявилася кореляція: чим краще особина проходила тест на довготривалу пам'ять з десятьма кольорами, тим щільнішим був її «комір» (p < 0.0001), але щільність «губи» і об'єм чашевидної порожнини особин не відрізнявся. За результатами другого експерименту вдалося встановити позитивну кореляцію між щільністю «коміра» і швидкістю навчання (p = 0.0069).

Однак знайомство з широкою колірною гамою саме по собі могло мати ефект, як і різниця в докладених зусиллях. Тому в третьому експерименті вчені сформували три групи джмелів: контрольна, вона не стикалася з квітами, дві інші залишилися вчитися розрізняти два і десять кольорів, відповідно. «Двоколірна» група зробила п'ять підходів, а «десятиколірна» пройшла ту ж процедуру, що і в першому експерименті. Обидві групи, крім контрольної, пройшли тест на пам'ять. У четвертому експерименті джмелів також розділили на три групи: перша проходила звичайну процедуру навчання 10 кольорам, друга збирала нектар на безбарвних платформах, а третя зіткнулася з 20 кольоровими платформами і п'ятьма безбарвними, але нектар був тільки на безбарвних, так що необхідності розрізняти кольори у них не було. Всі три групи зробили рівну кількість підходів.

І знову група, що вивчила 10 кольорів, мала значно більш щільний «комір», ніж група, що взагалі не вивчала кольори (p = 0.0156). Однак різниця була знайдена і в обсязі чашевидної порожнини у цих двох груп (p = 0.0011). У четвертому експерименті дві групи з трьох отримали однаковий обсяг колірної інформації, але лише одна пройшла складне колірне навчання. У підсумку різниця в щільності «коміра» була знайдена тільки для групи, що пройшла навчання порівняно з групою, яка взагалі не стикалася з колірною інформацією (p = 0.0143). Джмелі, які бачили кольори, але не вивчили їх, продемонстрували проміжний результат. Обсяг чашевидної порожнини виявився однаковим для всіх трьох груп.

Оскільки між групою, яка тільки отримала колірну інформацію і групою, яка вчилася розрізняти кольори, значущої різниці в щільності не виявилося, це може говорити про те, що просте знайомство з колірною інформацією здатне збільшити щільність відповідних структур мозку. А відсутність відмінностей в обсязі чашевидної порожнини в учасників четвертого експерименту може говорити про вплив досвіду збору нектару.

Щільні «коміри» означають більш функціональні синапси в регіоні, який відповідає за колірне сприйняття, і, на думку авторів, щільність могла посприяти швидкості навчання і запам'ятовуванню. Про те, наскільки навчання змінює щільність і сприяє запам'ятовуванню, сказати складно, оскільки вчені не знайшли значущої різниці між середньою щільністю мозку відразу після навчання і середньою щільністю мозку після перевірки пам'яті. Експерименти три і чотири свідчать про те, що навчання змінює мозок, але, можливо, індивідуальні відмінності в його щільності відіграють більш значиму роль, ніж навчання.

У той час як щільність мозку пов'язана з пам'яттю і зі швидкістю навчання, швидкість навчання не корелює з успіхами в тесті на запам'ятовування в першому експерименті. Можливо, навчання по-різному позначилося на щільності мозку різних індивідів. Також результати в цілому свідчать про те, що знайомство з широкою колірною гамою і, тим більше, навчання новим кольорам, призводить до ущільнення відповідних структур мозку.

Раніше ми розповідали, як у грибовидних тілах дрозофіл відбувається формування і видалення пов'язаних із запахами асоціацій, і як джмелі діляться один з одним знаннями. Про те, як пестициди впливають на просторову пам'ять джмелів, можна почитати тут.