ワームの精神的な GPS は食物を見つけるのに役立ちます

ワームの精神的な GPS は食物を見つけるのに役立ちます

ソークの科学者は、動物がどのように情報を収集し、注意を切り替えるかを説明する理論を開発

ラホヤ – 携帯電話を置き忘れました。 まず、忘れた場所、つまりオフィスのどこに置いてあるかをスキャンすることから始めます。 局の周囲および下に検索範囲を広げる前に、局を何度も確認します。 最終的には、このローカル エリアからよりグローバルなエリアに切り替え、部屋の残りの部分やそれ以外にも検索範囲を広げます。

動物と食べ物に関しては、同様の戦略が食べ物を探すために使用されます (「採集」)。 現在、ソーク島の科学者たちは、回虫の採餌に基づいて、動物が局所的な探索から非常に広範囲の探索にどのように切り替えるかを予測する数学理論を開発しました。 この新しい理論は、動物の行動をより統一的な方法で説明し始め、注意欠陥多動性障害（ADHD）などの複雑または不規則な注意関連行動を理解するのに役立つ一般的な行動規則の基礎を築く可能性があります。地球外生命体がどのように行動するかを予測します。

動物は、より広い「地球規模」エリア (下のパネル) の探索に切り替える前に、局所的なエリアを集中的に探索します (上のパネル)。

こちらをクリックしてください 高解像度画像の場合。

画像: ソーク生物学研究所の提供

「どのルートで家に帰るか、どの問題に取り組むかをどうやって決めますか? この理論は、私たちを最終的に人間たらしめるもの、つまり部分的な情報に基づいて意思決定を行う方法が、私たちの生活のあらゆる側面に影響を与えることを探求しています。」 タチアナ・シャープー、准教授 ソークの計算神経生物学研究室 および論文の上級著者であり、 eLife 12月9、2014に。

ミミズやその他の動物は、食べ物を見つけるために化学的な痕跡 (たとえば、匂い) をたどることがよくあります。 しかし、化学物質が存在しない場合、彼らは情報収集がより個別のローカルおよびグローバル段階で行われる「インフォタクシー」探索に切り替えます。

「驚くべきことは、非常に小さな神経系を持つこれらの単純な生物が、かなり複雑で多段階の長期計画戦略を実行する、あるいはそれに近似しているということです」とシャーピー氏は言う。

このタイプの検索は、混雑したビーチで友達を探すようなものだと言う スリーカント・チャラサニ、助教授 分子神経生物学研究室、神経生物学におけるソークのヘレン・マクロレイン発達委員長の保持者であり、この研究の共同上級著者。 友人が青い傘の下にいると思う場合、最初に見た青い傘に必ずしも料金を請求するとは限りません。 おそらく最初に、すべての傘に目を通し、青が表示されない領域を除外して、現場のよりグローバルな調査を行うことになるでしょう。 それでも友達が見つからない場合は、青い傘の下に加えて、他の場所も含めて検索範囲を広げます。 たとえ時間を無駄にしても、ターゲットに直接関係のないことに焦点を当てることで、その人がどこにいる可能性が高いかについて多くの情報を得ることができます。

スリーカンス・チャラサニとタチアナ・シャープー

こちらをクリックしてください 高解像度画像の場合。

画像: ソーク生物学研究所の提供

「ターゲットに関する情報を探すことは、ターゲットそのものを探すよりも優れている場合が多いです」とチャラサニ氏は言います。 「そして、この論文が理論モデルで確認していることは、ローカル検索からグローバル検索への切り替えを含むこれらの検索を実行するのに多くのニューロンは必要ないということです。回虫の場合と同様に、わずか XNUMX つのニューロンを使用するだけで近似できるということです」 C.エレガンスに設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」

食物をうまく探すことは、動物の生存にとって非常に重要です。 以前、 C.エレガンス 線虫は、食物があると思われる領域を集中的に探索することが示されています。 15 分ほど経つと、彼らは方向転換を減らし、より広範囲のエリアを探索します。 線虫には従うべき化学勾配がなかったため、研究チームは線虫の行動の根本的な戦略を調査したいと考えました。 Chalasani の実験研究のデータを使用して、Sharpee の研究室はワームの仮想シミュレーションを開発し、ワームの動作をモデル化しました。

この情報最大化理論はいくつかのタイプの行動でテストされていますが、シャーピーらは、この理論が種、細胞、ニューロン、さらにはより大規模な現象にわたるさまざまなタイプの行動を理解するための、より大規模で統一されたフレームワークの基礎を提供できる可能性があると考えています。リソース割り当てとして。

次に研究者らは、回虫が食物探索の心の地図を維持できるかどうか、そしてどの程度まで維持できるかを確認し、情報検索のエネルギーコストと利点を調査する予定です。

論文の著者には、 カリフォルニア大学サンディ​​エゴ校、シャーピーとチャラサニに加えて。

この作品は次の資金提供を受けました。 National Science Foundation 大学院研究フェローシップ、および UCSD 神経計算研究所 アダム・カルフーンへの大学院フェローシップ リタ・アレン財団 スリーカンス・チャラサニ氏と国立科学財団のキャリア賞に 国立衛生研究所, マクナイト神経科学基金 の三脚と レイ・トーマス・エドワーズ財団 タチアナ・シャープに。

ソーク生物学研究所について：
ソーク生物学研究所は、世界有数の基礎研究機関の XNUMX つであり、国際的に有名な教員が、ユニークで協力的かつ創造的な環境で生命科学の基礎的な疑問を研究しています。 ソークの科学者は、発見と次世代の研究者の指導の両方に重点を置き、神経科学、遺伝学、細胞生物学、植物生物学、および関連分野を研究することで、がん、老化、アルツハイマー病、糖尿病、感染症の理解に画期的な貢献をしています。

教員の功績は、ノーベル賞や全米科学アカデミーの会員など、数多くの栄誉によって認められています。 ポリオワクチンの先駆者であるジョナス・ソーク医学博士によって 1960 年に設立されたこの研究所は、独立した非営利団体であり、建築上のランドマークでもあります。