Учёные из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана и Корнеллского университета выяснили, что рыбы данио и плодовые мушки ориентируются в пространстве с помощью схожего нейронного механизма. Их «внутренний компас» работает по единому принципу, хотя эти виды в ходе эволюции разошлись более 550 млн лет назад.
В основе навигационной системы лежат так называемые «клетки направления головы» – нейроны, которые отслеживают, куда смотрит животное. Ранее считалось, что у насекомых и позвоночных эти системы устроены по-разному. У мушек обнаружили три анатомически раздельных нейронных кольца: одно отвечает за направление, а два других корректируют его при поворотах по часовой стрелке и против неё. У рыб подобного разделения не наблюдалось, поэтому учёные предполагали, что их механизм проще и состоит из одного кольца.
Новое исследование, опубликованное в журнале Current Biology, опровергает эту гипотезу. С помощью математического моделирования авторы работы показали, что мозг рыб данио тоже использует три функциональных кольца. Однако они не разделены физически, а «перемешаны» в единой структуре. Их слаженная работа создаёт иллюзию активности единой системы, что прежде вводило нейробиологов в заблуждение. Различить кольца удалось, проанализировав реакцию разных нейронов на вращение.
Это открытие – пример конвергентной эволюции, при которой разные виды независимо вырабатывают одинаковое решение для общей задачи. Исследователи полагают, что такие же многокольцевые структуры есть и у грызунов, а значит, речь может идти об универсальном нейронном алгоритме.
Понимание этого механизма поможет в будущем разрабатывать более совершенные навигационные системы для роботов и искусственного интеллекта. Результаты также меняют представления о том, как мозг распределяет функции, и могут пригодиться при изучении расстройств пространственной ориентации у людей.