science >> Wetenschap >  >> Biologie

Neurale opnames van wilde vleermuizen onthullen een unieke organisatie van het middenhersenengebied voor het volgen en vangen van prooien

De vleermuis is getraind om stil te blijven staan ​​op een platform en een bewegend doelwit te volgen. Het doelwit (meelwormen) is vastgemaakt aan een lus van vislijn die is verbonden met een roterende motor, waardoor we de beweging van het doel kunnen controleren. Terwijl de vleermuis deze taak uitvoert, microfoons die sonargeluiden en echo's opnemen, en neurale opnames worden verzameld. Krediet:Melville J. Wohlgemuth et al., JNeurosci (2017)

De middenhersenen van de vleermuis zijn uniek georganiseerd om een ​​snelle integratie te vergemakkelijken van sensorische en motorische informatie die nodig is voor het volgen van prooien met behulp van biologische sonar, volgens neurale opnames van wilde vleermuizen verkregen tijdens laboratoriumexperimenten beschreven in The Journal of Neuroscience .

De superieure colliculus (SC) is een gelaagde structuur in de hersenen van zoogdieren die sensorische informatie gebruikt om het dier naar een bepaalde locatie in zijn omgeving te oriënteren. De SC is goed bestudeerd bij soorten die voornamelijk afhankelijk zijn van visie om deze taak te volbrengen, en bijna volledig in kunstmatige omgevingen die het begrijpen van de SC-functie tijdens naturalistisch gedrag onmogelijk maken. Omdat vleermuizen echolocatie (het proces van het uitzenden van geluid en het verwerken van echo's) gebruiken om door hun omgeving te navigeren, Melville Wohlgemuth en collega's onderzochten hoe auditieve input en vocale output de organisatie en functie van de SC bij deze dieren zouden kunnen beïnvloeden.

De auteurs registreerden SC-activiteit van vier grote bruine vleermuizen terwijl ze de locatie van een prooi-item rond een slecht verlichte kamer manipuleerden. Door de veranderingen in neurale activiteit van vleermuizen te vergelijken met hun vocalisaties en echo's, ze vonden zowel sensorische als motorische neuronen in de SC-lagen.

In deze driedelige video de vleermuis wordt getoond die een bewegend insect volgt vanuit een stationaire positie op een platform. Terwijl de vleermuis deze taak uitvoert, microfoons die sonargeluiden en echo's opnemen, en neurale opnames worden verzameld. Een 'vleermuisdetector' maakt de geluiden van een vleermuis hoorbaar voor het menselijk oor. Het laatste segment is vastgelegd met high-speed video-opname en is met een factor tien vertraagd. Op de onderkant is de doorlopende spectrografische weergave van de vocalisaties van de vleermuis te zien. Krediet:Wohlgemuth MJ, Kothari NB, Moss CF (2016) Action verbetert akoestische signalen voor 3D-doellokalisatie door vleermuizen te echoloceren. PLoS Biol 14 (9):e1002544. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1002544

Deze bevinding draagt ​​bij aan eerder bestudeerde soorten waarin deze verschillende neurontypen zijn gescheiden, en integratie vindt plaats over lagen heen. SC-activiteit veranderde ook toen de vleermuizen de prooi naderden, die de lokalisatie van een doel op korte afstanden kan ondersteunen wanneer de verwerkingseisen hoog zijn.

Van links naar rechts, vier frames van een high-speed video (500 fps) terwijl de vleermuis het doelwit volgt en onderschept. Bij deze taak een vleermuis wordt getraind om stationair op een platform te blijven en een bewegend doel te volgen met behulp van echolocatie. Deze vier frames worden gemaakt tijdens de laatste fasen van het onderscheppen van doelen. Krediet:Melville Wohlgemuth