Дослідники описали нейронний ланцюг, який дозволяє хробакам вибирати між осілою і рухомою харчовою поведінкою. Для цього вчені записали активність нейронів нематод в обох станах і проаналізували її за допомогою нейромережевого класифікатора. Виявилося, існує нейрон, здатний перемикати ланцюги, що відповідають двом станам, на основі запаху їжі. Препринт дослідження опубліковано на сайті журналу.
Нематоди, як і інші тварини, здатні довгий час підтримувати типи поведінки: наприклад, сон, харчування або агресія. Водночас черв'якам важливо швидко реагувати на мінливі умови середовища і змінювати свою поведінку відповідно ним. Однак досі не до кінця зрозуміло, як нейрони нематод керують таким перемиканням.
Наприклад, при харчуванні - зазвичай хробаки їдять бактерії - тварини можуть перебувати в двох станах: осідлом (dwelling) і рухомим (roaming). Кожен зі станів може тривати до десяти хвилин, а перемикання залежить від рівня ситості, сенсорних стимулів або навіть запахів. Відомо, що на це перемикання впливають нейромодулятори - серотонін (стимулює рухливість) і пігментний дисперсний фактор (ПДФ, стимулює осілість).
Дослідники з Массачусетського технологічного інституту під керівництвом Ні Жи (Ni Ji) визначили нейронний ланцюг, який виконує нейромодуляторне перемикання. Для цього біологи спочатку записали активність десяти нейронів у вільно рухаються черв'яків. У число цих клітин увійшли ті, що виробляють нейромодулятори серотонін і ПДФ, або рецептори до них, а також пов'язані з такими нейронами клітини і нейрони пересування.
Через те, що в стані рухливості хробаки часто змінюють напрямок руху на протилежний, біологи в першу чергу перевірили, як активність обраних нейронів залежить від його зміни. Природну нейронну мережу нематод проаналізували за допомогою нейромережі-класифікатора - виявилося, патерни активності нейронів у двох станах відрізнялися достатньо, щоб відрізнити їх з ефективністю понад 95 відсотків.
Після цього біологи оцінили, як система нейромодуляторів впливає на патерни активності кожного зі станів. Для цього роботу нейронів записали знову - але вже у нематод зі «зламаними» генами систем нейромодуляторів: серотоніну, ПДФ або обох. Дослідники виявили, що активність нейрон а NSM у тварин без мутацій корелює з уповільненням - тобто з осілістю і, відповідно, роботою серотонінової системи. У мутантів без мутацій нейрон був активний меншу кількість часу. Подальші дослідження мутантів дозволили знайти ще один нейрон - MOD-1 - який взаємно інгібував NSM. Таким чином, NSM - серотоніновий нейрон, який здатний посилювати сам себе через придушення MOD-1.
Вчені продовжували записувати активність різних нейронів хробаків з різними мутаціями і їм вдалося побудувати простий контур, який перемикав стану хробака залежно від активності нейронів, які регулюються серотоніном або ПДФ. Якщо в таку систему входить серотонін - контур працює на генерацію осілості, а якщо ПДФ - на рухливість. Цю систему контролював нейрон AIA, який «вибирає» один з контурів залежно від даних про умови навколишнього середовища - кількості їжі навколо хробака. Цю гіпотезу підтвердило дослідження активності AIA в умовах з різною кількістю їжі.
Процес пошуку їжі за запахом - хемотаксис - вивчила інша група біологів. У недавньому дослідженні вони показали, як активність нейронів рецепторного органу і ганглія дозволяють тваринам відчувати концентрацію потрібних речовин і рухатися в їх напрямку.