Орієнтування у просторі має неабияке значення для виживання тварин, що активно рухаються. Відомо, що у ссавців однією з ключових структур, яка відповідає за просторову навігацію та пам’ять, є гіпокамп, він же морський коник. В ньому показана наявність клітин, які специфічно збуджуються при відвідуванні певних місць – вони отримали назву place-cells. Інші клітини формують ніби координатну сітку, на яку наносяться візити досі незнайомих місць. Нейромережі гіпокампу генерують специфічний електричний ритм – тета, потужність якого асоційована із дослідницькою поведінкою.

Поміж хребетних активна поведінка притаманна практично усім великим систематичним групам. Зокрема, рибам. Та будова їхнього мозку досить відмінна від ссавців. Наприклад, в кінцевому відділі мозку у них немає гіпокампа. Проте вважається, є функціонально подібна ділянка, та чи є там нейрони, які працюють як клітини місця або клітини-гратки, досі було невідомо.

І от дослідникам вдалося з’ясувати це. Задля цього вони використали бездротовий реєструючий пристрій, що мав змогу записувати активність до 16 нервових клітин одночасно. Загалом, запис електричної активності мозку у водних тварин, що вільно переміщуються, є технічним викликом. Дроти заважають вільно плавати, а бездротовій передачі даних перешкоджає вода. Проте, сучасні рішення дозволяють робити це.

До голови піддослідних золотих рибок прикріплювали мініатюрний реєструючий пристрій, а до нього – кольорові шматочки пінопласту, необхідні для компенсації плавучості та візуальній ідентифікацій тварин на відеозаписі. На відміну від нашого, переважно двовимірного простору, риби мешкають у тривимірному. Та щоб полегшити аналіз поведінкових даних, дослідники дещо обмежили експериментальний акваріум.

Аналіз отриманих даних виявив наявність у мозку риб “межових” клітин (boundary cells), активність яких залежала від просторового розташування тварин відносно меж акваріума. Іншими словами, їхня активність була тим більшою, чим ближче вони знаходилися до тієї чи іншої стінки. На рисунку зображено приклади активності двох таких нейронів.

Чорна лінія позначає траєкторію переміщення риби, а червоні точки – моменти часу, коли аналізована клітина генерувала нервовий імпульс.

Клітини з подібними функціональними характеристиками існують і в гіпокампі ссавців. Проте, є ряд відмінностей. З рисунка можна бачити, що нейрони риб “надають перевагу” досить розтягненій ділянці (уся стінка акваріума). Натомість, рецептивні поля пограничних нейронів ссавців є меншими та відповідають більш локальному місцю.

Отримані результати вказують на пріоритет структур кінцевого мозку у просторовій навігації. Можливість порівнювати різні системи орієнтування у просторі допомагає вченим зрозуміти, як йшов процес мозкової еволюції.

Джерело: Cohen L, Vinepinsky E, Donchin O, Segev R. Boundary vector cells in the goldfish central telencephalon encode spatial information. PLoS Biol. 2023 Apr 25;21(4):e3001747. doi: 10.1371/journal.pbio.3001747