0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Есть ли у мухи мозг

У мухи уникальный мозг

Обнаружено, что мухи обрабатывают 100 кадров в секунду. И это позволяет им во время полета обнаружить препятствие в течение нескольких миллисекунд (миллисекунда – это одна тысячная секунды). В частности, исследователи сфокусировали своё внимание на оптических потоках, которые они назвали «оптические полевые потоки «. Похоже на то, что это оптическое поле обрабатывается только первым слоем нейронов . Они обрабатывают “грубый” исходный сигнал от каждого мушиного “пикселя” . И пересылают обработанную информацию на следующий слой нейронов . И, как утверждают исследователи, этих вторичных нейронов всего лишь 60 штук в каждом полушарии мушиного мозга. Тем не менее, мушиному мозгу удаётся уменьшить или раздробить поле зрения на множество протекающих последовательно “векторов движения”, которые дают мухе вектор направления движения и “мгновенную” скорость . И что интересно, то, что муха это всё видит!

Мы, люди (и не все), знаем что такое вектор и мгновенная скорость. А муха об этих вещах, естественно, не имеет никакого понятия. И таким способностям мозга мухи обрабатывать огромное количество информации можно только позавидовать. А почему мы видим всего лишь примерно 50 кадров в секунду, а муха 100? Трудно сказать, но есть разумные предположения на этот счёт. Как взлетает муха? Почти “мгновенно”, с огромным ускорением. Мы такую перегрузку врадли бы выдержали. Но можно создать роботизированный мозг, который по скорости обработки информационных потоков не уступит мозгу мухи.

Чтобы попытаться понять, как крошечный мушиный мозг может обрабатывать такое огромный поток информации, исследователи в Мюнхене создали “симулятор полета” для мухи. Муха могла летать, но удерживалось на привязи. Электроды регистрировали реакцию клеток мозга мухи. А исследователи пытались понять, что же происходит в мозге мухи во время полёта.

Первые результаты очевидны. Мухи обрабатывают изображения от их неподвижных глаз совсем не так, как это делает человек. При перемещении мухи в пространстве, в ее мозге формируются “оптические полевые потоки” (optical flux fields), которые и дают мухе направление движения.

Как бы это видел человек? Например, при движении вперёд, окружающие объекты мгновенно бы разбегались по сторонам. А объекты в поле зрения казались бы большими, чем они есть на самом деле. И казалось бы, что ближайшие и удалённые объекты перемещаются по-разному.

Скорость и направление, с которыми объекты мелькают перед мушиными глазами, генерируют типичные шаблоны векторов движения – полевые потоки. Которые на втором этапе обработки изображения достигают так называемой «lobula plate» – центра зрения более высокого уровня. В каждом полушарии мозга мухи есть всего лишь 60 нервных клеток, ответственных за зрение. Каждая из этих нервных клеток реагирует только на сигнал с определенной интенсивностью.

Но для анализа оптических потоков важна информация, поступающая от двух глаз одновременно. Эту связь обеспечивают особые нейроны, называемые “VS cells”. Они и позволяют мухе точно оценить своё местоположение в пространстве и скорость полёта. Похоже на то, что “VS cells” ответственны за распознавание и реакцию на вращающий момент, действующий на муху во время её манёвров в полёте.

Читать еще:  шеф продолжение

Исследователи в области робототехники работают над тем, чтобы разработать роботов, которые могут наблюдать окружающую среду при помощи цифровых камер, изучать то, что они видят и адекватно реагировать на изменение текущей ситуации. И эффективно и безопасно общаться и взаимодействовать с людьми.

Например, уже ведутся разработки маленького летающего робота, положение и скорость полёта которого будет контролироваться при помощи компьютерной системы, имитирующей зрение мухи.

Есть ли у мух и других насекомых мозг?

Мухи – насекомые, обитающие в непосредственной близости с человеком. Они проникают в жилища, селятся в хлеву и на огороде. Иногда действия насекомых выглядят обдуманными. Поэтому у многих людей возникает вопрос, есть ли у мух мозги или они действуют инстинктивно. Поговорим об этом в рамках статьи.

Анатомия насекомого

Общий план мухи такой же, как у большинства двукрылых насекомых. Они имеют:

Брюшко включает пищеварительную и половую систему. Это касается всех видов мушек. Грудь оснащена мускулатурой, которая необходима для полетов. У насекомого также имеется 3 пары ног.

Голова «оборудована» большими фасеточными глазами, хоботком и усиками. Что касается внутреннего строения, внутри черепной коробки расположен – мозг. Конечно, он не такой как у человека и млекопитающих.

Строение мозга

Думая о мозге, у многих перед глазами всплывает картинка с округлым веществом, имеющим извилины. С мухой дела обстоят иначе. Мозг двукрылого состоит из 3 отделов, а именно:

  • тритоцеребрума;
  • протоцеребрума;
  • дейтоцеребрума.

Несмотря на достаточно простое строение, мозг отвечает за функционирование всего организма. При этом, муха не способна думать. Она действует инстинктивно.

Важно: в теле расположены нервные узлы, называемые ганглиевыми, которые соединяются с «мозгом».

Протоцеребрум

Это крупнейший отдел мозга, отвечающий за координацию любого жизненного процесса насекомого. В данной части «центра управления» расположено огромное количество нейронов. Они ответственны за анализ и обработку полученных сведений.

Благодаря расположению клеток в наружном слое и идущим к ним волокнам, мозг мухи, можно сравнить с управляющим органом человека или животного.

Внутри протоцеребрума имеются дополнительные отделы. Которые делятся на:

  • центральное тело;
  • межцеребральную часть;
  • протоцеребральные лопасти;
  • протоцеребральный мост;
  • вентральные тельца;
  • зрительные доли;
  • стебельчатые тела.

Важно: подобные дополнительные отделы имеются у пчел и муравьев.

Дейтоцеребрум

Отдел расположен перед тритоцеребрум. Отвечает за нервные окончания, идущие к усикам. «Антенны», единственные волокна, отходящие от вторичного мозга. В большинстве случаев, они начинаются корешками:

У некоторых видов мух этих корешков не наблюдается.

Дейтоцеребрум отличается от протоцеребрум простотой. Схема строения соответствует обычному ганглию. Объяснить это можно только тем, что данный отдел является нервным центром только одного сегмента – усов.

Тритоцеребрум

Отдел принято называть третичным мозгом. Его положение ясное. Тритоцеребрум расположен между остальными отделами. При этом определенной формы у мозга нет. Единственное, с уверенностью сказать, что он разделен на;

Между двумя половинками расположена небольшая перемычка. Она проходит под кишечником.

Основной задачей тритоцеребрума является контроль рта и верхней губы. Вторая может отсутствовать у некоторых видов мух.

Важно: тритоцеребрум связан с симпатической нервной системой.

Как работает «центр управления»

На первый взгляд кажется, что мозг мухи прост, и не способен выполнять сложные операции. Даже «бывалые» ученые удивляются, его работе.

Читать еще:  Лемезит что за камень

В Калифорнийском университете был проведен опыт над мухами. В результате стало ясно, что «центр управления» насекомого определяет скорость, направляющегося к вредителю тела. Благодаря этому, мушка понимает в каком направлении ей нужно двигаться, чтобы избежать опасности. Для подготовки насекомому требуется около 200 миллисекунд.

Важно: перед тем, как взлететь, муха расставляет лапки таким образом, чтобы оттолкнуться в противоположную от приближающегося объекта сторону.

Мозг успевает оценить ситуацию и принять решение, даже если насекомое:

  • чистит крылышки;
  • питается;
  • передвигается в пространстве или по поверхности стены.

Профессор Калифорнийского университета, проводивший опыты, считает, что «центр управления» двукрылого насекомого имеет координатную карту. Благодаря этому, мушка принимает решения так быстро.

Мухи, как и большинство насекомых способны обучаться. Все зависит от ситуаций, в которое попадал вредитель. Конечно, это не тоже самое, что происходит с человеком. Насекомое запоминает все на генетическом уровне.

Функцию мозга насекомых, и мушек в том числе, исследуют во многих университетах. Опыты позволяют понять, как выживали вредители в прошлом и на сколько они изменились.

Заключение

Мозг мухи – простой и в то же время, сложный орган. Благодаря выполняемым функциям «центра управления», вредитель в 80% случаев избегает физической опасности. Например, когда человек пытается поймать насекомое рукой. Конечно, мозг крошечного насекомого не сравнить с тем, который имеют млекопитающие. Несмотря на это и он имеет свои особенности.

Есть ли у мухи мозг

Журнал добавлен в корзину.

Поведение мух разобрали по нейронам

Для мозга дрозофилы построили полную поведенческую карту.

Мы знаем, что активность тех или иных зон мозга соответствует тому или иному поведению. Мы даже знаем, какие именно зоны мозга включаются в те или иных ситуациях. Но мозговые зоны сложены из огромного числа нейронов, соединенных в сообщающиеся друг с другом нейронные цепи. Понятно, что особенности поведения зависят от особенностей работы таких цепей.

Однако когда дело доходит до отдельных нейронов, тут начинаются большие сложности: в человеческом мозге триллионы нервных клеток, и у нас просто нет инструментов, чтобы проследить активность каждой из них в разном поведенческом контексте.

Более того, такую задачу до последнего времени не могли решить даже для животных с намного меньшим мозгом. Скажем, у дрозофилы нейронов сравнительно немного, всего 250 000 (хотя тут слово «всего» явно требует кавычек), а между тем нейробиологи довольно долго не могли точно и до конца определить, какие нейронные цепочки отвечают даже за простые реакции, когда муха просто ходит или летит.

Обычные нейробиологические методы позволяют одновременно следить лишь за небольшим количеством нейронов, однако для того чтобы получить нейронный портрет поведения, нужен такой метод, который позволял бы описать мозг целиком. Но наука, как известно, не стоит на месте, и вот исследователям из Медицинского института Говарда Хьюза удалось с помощью довольно хитроумного подхода построить полную поведенческую карту мозга дрозофилы.

Для эксперимента выбрали мух с генетической модификацией: некоторые нейроны (от сотни клеток до нескольких сотен) были снабжены белком, который пропускал ионы через мембрану и который при том реагировал на повышение температуры. Если температура вокруг мух поднималась выше 25 °С, ионный канал срабатывал, концентрация ионов по обе стороны нейронной мембраны менялась и возникал электрохимический импульс – в результате муха куда-то шла, или начинала чиститься, или начинала искать брачного партнера.

Читать еще:  В чём смысл фильма Матрица

Но, как мы сказали, у разных мух включать можно было только какую-то группу нейронов. Поэтому, чтобы получить полную поведенческую карту мозга, нужно было использовать много дрозофил. Так что эксперимент выглядел следующим образом: двадцать мух, у которых модифицировали одни и те же группы нейронов, сажали в специальную посуду и нагревали, а затем в течение пятнадцати минут снимали на видео все, что делали дрозофилы. Затем мух меняли на других, у которых модификациям подвергли уже другой набор нейронов, и т. д. Чтобы дать представление о масштабах работы, стоит привести две цифры: в общей сложности в эксперименте участвовало 400 000 мух, а общее время видеозаписей с их поведением равнялось 5400 часам.

Поведение анализировали очень тщательно, оценивая, как меняется направление движения мух, как они ставят ноги, как держат крылья и т. д. Естественно, «вручную» проделать все это было невозможно, так что авторы работы использовали методы машинного обучения: искусственный интеллект сравнивал поведение мух, вычленяя общие черты и сопоставляя их с тем, какие нейроны активировались. Впоследствии некоторые поведенческие реакции пришлось перепроверить, сужая набор модифицированных нейронов – чтобы более ясно увидеть, какие именно нервные клетки соответствуют конкретному поведению.

В статье в Cell говорится, что у мух удалось выявить 203 поведенческих блока, в число которых и полет, и ползание с места на место, и чистка крыльев, и попытка спариться с противоположным полом и многое, многое другое. (Одно из видео, на котором видно, как у мух включается копулятивное поведение, можно посмотреть здесь.) Важно подчеркнуть, что в итоге удалось охватить весь мозг, хотя работа, несмотря на помощь искусственного интеллекта, все равно оказалась титанической. В дальнейшем, скорее всего, роль некоторых нейронных цепей в том или ином поведении будут еще уточнять, но, так или иначе, эти уточнения будут происходить уже в рамках более-менее известной карты мозговой активности.

Конечно, не будем забывать, что мозг мухи мал и поведение ее достаточно просто, и, если мы захотим сделать нечто подобное для более «мозговитых» существ, то немедленно столкнемся со многими методическими проблемами. Однако и про дрозофилу долгое время никто не верил, что мы сможем построить такую поведенческую карту мозга, и все же ее построили – благодаря усилиям специалистов из самых разных областей, от молекулярной генетики до машинного обучения.

И вот еще один важный урок, который можно вынести из этой работы – что в нынешнее время значительные научные результаты получаются лишь при использовании знаний и методов, принадлежащих самым разным научным отраслям.

Источники:

http://roboting.ru/794-u-mukhi-unikalnyjj-mozg.html
http://zelenplaneta.ru/muhi/est-li-u-muh-i-drugih-nasekomyh-mozg.html
http://www.nkj.ru/news/31788/

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector