راز تمرکز مگس‌های ماده در نبرد با دشمنانشان

تحقیقات در مورد تأثیر پرخاشگری بر بینایی مگس‌های میوه

در بیشتر آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، دانشمندان در مورد دلایل انجام یک پروژه تحقیقاتی هم‌نظر هستند. اما آزمایشگاه روبین در مرکز تحقیقات جانلیا متعلق به HHMI، یک آزمایشگاه معمولی نیست. این آزمایشگاه در حال بررسی این موضوع است که چگونه پرخاشگری بر بینایی مگس‌های میوه ماده تأثیر می‌گذارد، اما گری روبین، رهبر گروه ارشد جانلیا، چندان به پاسخ‌های خاص اهمیت نمی‌دهد. او تنها می‌خواهد ببیند آیا ابزارهای تحقیقاتی علوم اعصاب که در دهه گذشته توسعه یافته‌اند، کافی هستند تا مکانیزم‌های زیرین این پدیده را کشف کنند.

از سوی دیگر، کیتی شرتتر، پژوهشگر پسادکتری، به درک چگونگی همکاری نورون‌ها در مغز مگس برای کمک به تمرکز مگس بر روی رقیبش علاقه‌مند است. این اطلاعات به شرتتر این امکان را می‌دهد که سوالات بیشتری درباره چگونگی تنظیم رفتارهای اجتماعی مطرح کند. تحقیقات جدیدی که تحت رهبری روبین و شرتتر انجام می‌شود، هر دو انگیزه را برآورده می‌کند: این تحقیق از ابزارهای پیشرفته‌ای که در جانلیا توسعه یافته‌اند، استفاده می‌کند تا نشان دهد چگونه بینایی مگس‌های میوه ماده پرخاشگر برای تمرکز بر روی نکات مهم تنظیم می‌شود.

با استفاده از کنتوم مگس میوه — که یک نمودار از اتصالات تمام نورون‌های مغز و ارتباطات آن‌هاست — و مگس‌های اصلاح ژنتیکی شده، محققان کشف کردند که چگونه نورون‌ها و مدارهای این حشرات به طور هماهنگ برای کنترل انعطاف‌پذیر اطلاعات بصری در موقعیت‌های مختلف کار می‌کنند. کشف اینکه چگونه یک رفتار اجتماعی مانند پرخاشگری بر بینایی مگس‌های میوه در سطح نورون‌ها و مدارها کنترل می‌شود، می‌تواند بینش‌هایی درباره مکانیزم‌های مشابه در سایر حیوانات، از جمله انسان‌ها، ارائه دهد. افزایش دانش درباره ارتباط بین اطلاعات حسی و رفتارهای اجتماعی می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا بهتر این اختلالات عصبی-روانی و عصبی-توسعه‌ای را درک و درمان کنند.

شرتتر می‌گوید: “درک و مدل‌سازی اینکه چگونه نشانه‌های چندحسی وارد می‌شوند و چگونه این اطلاعات در رفتارهای اجتماعی ادغام می‌شوند، امکان تحقیقات آینده در سایر گونه‌ها را فراهم می‌کند و می‌تواند کشف اهداف خاص برای درمان را تسهیل نماید.”

تمرکز بر مگس‌های در حال مبارزه

محققان قبلاً گروهی از نورون‌ها را شناسایی کرده بودند که پرخاشگری را در مگس‌های میوه ماده ترویج می‌کنند و باعث می‌شوند که آن‌ها به مبارزه بپردازند. آن‌ها همچنین متوجه شدند که این نورون‌ها با مسیرهایی که اطلاعات بصری را منتقل می‌کنند، تداخل دارند. این موضوع نقطه شروع مناسبی برای دانشمندان فراهم کرد تا از کنتوم برای بررسی دقیق نورون‌ها و مدارهای مغز مگس استفاده کنند و ببینند چگونه توجه بصری آن‌ها بر اساس نیازهای فعلی‌شان تنظیم می‌شود.

تأثیر عصبی بر رفتار پرواز مگس‌ها

همانطور که در یک بزرگراه شلوغ رانندگی می‌کنیم و باید به خودروهای اطراف توجه کنیم، مگس‌های ماده در حالت تهاجمی نیز باید به مگس نزدیک‌تری که قرار است با آن بجنگند توجه کنند و نه به دنبال غذا بگردند.

با استفاده از نقشه اتصالات مگس میوه، که توسط محققان جانیلیا و همکارانشان توسعه یافته، تیم تحقیقاتی کشف کرد که نورون‌های ترویج‌دهنده تهاجم چگونه به نورون‌هایی که ورودی‌های بصری را تنظیم می‌کنند، متصل هستند. این نشان می‌دهد که نورون‌های تهاجمی جریان اطلاعات بصری را تنظیم می‌کنند تا مگس بتواند بر روی موارد مهم تمرکز کند.

با این دانش، محققان از مگس‌های میوه‌ای که به‌طور ژنتیکی تغییر یافته‌اند و توسط روبین و همکارانش در جانیلیا توسعه یافته‌اند، استفاده کردند تا نورون‌های مختلف را خاموش یا روشن کنند و بررسی کنند که این تنظیم چگونه انجام می‌شود. تیم دریافت که نورون‌های تهاجمی از سه مکانیزم مختلف برای تنظیم بینایی استفاده می‌کنند.

• یک مدار متشکل از ورودی‌های تحریکی که ویژگی‌های بصری خاص و وضعیت داخلی مگس را یکپارچه می‌کند.
• مدار دیگر اطلاعاتی که از لوب بینایی مگس می‌آید را تنظیم می‌کند.
• مکانیزم سوم به عنوان یک کلید تغییر عمل می‌کند و انتقال اطلاعات بصری را از یک زیرمجموعه نورون‌ها افزایش و از زیرمجموعه دیگر کاهش می‌دهد.

این مکانیزم‌های چندگانه به مگس آزادی و انعطاف‌پذیری می‌دهند تا توجه خود را بسته به زمینه، به بخش‌های مختلف محیط بصری خود تنظیم کند. تیم همچنین دریافت که مدارهای مشابه در مگس‌های نر در حین جفت‌گیری فعال هستند، که نشان می‌دهد رفتارهای اجتماعی مختلف می‌توانند مکانیزم‌های مداری مشترکی داشته باشند.

علاوه بر ارائه بینش در مورد چگونگی تأثیر تهاجم بر بینایی، این کار جدید چارچوبی برای استفاده از نقشه اتصالات به منظور شناسایی نورون‌ها و مدارهایی که رفتارهای اجتماعی را زیر بنای خود دارند، فراهم می‌کند — اطلاعاتی که بدون نمودار اتصالات به دست آوردن آن دشوار بود.

برای شرتتر، این تحقیق نقطه شروعی برای مطالعات بیشتر در مورد چگونگی شکل‌گیری رفتار تحت تأثیر عوامل محیطی فراهم می‌کند. او می‌گوید: “برای من، به عنوان یک رفتارشناسی، این سوالات مرکزی که در ورود به دوره دکتری و پسادکتری‌ام داشتم — چگونه اطلاعات حسی و عوامل داخلی رفتار را تنظیم می‌کنند — اکنون می‌توانند در سطحی که قبلاً غیرقابل تصور بود، مورد بررسی قرار گیرند. ما اکنون ابزارهایی داریم که می‌توانیم به دقت به دنبال آن‌ها برویم.”

برای روبین، این کار جدید احساس رضایت و پایان را به ارمغان می‌آورد. حال که او به‌طور مستقیم دیده است که ابزارهایی که ساخته است کار می‌کنند، توجه خود را به پروژه‌های تحقیقاتی دیگر معطوف کرده است. او می‌گوید: “این نشان می‌دهد که افراد می‌توانند همان کار را انجام دهند، با انگیزه‌های کاملاً متفاوت، و نتیجه می‌تواند آن‌ها را به سمت جهات کاملاً متفاوتی سوق دهد.”