Учёные из Института Вейцмана впервые доказали, что мозг летучих мышей оснащён внутренним "глобальным компасом" — нейронной системой, которая всегда указывает одно и то же направление, где бы ни находилось животное. Это открытие, опубликованное в журнале Science, стало первым доказательством того, что навигационные клетки у млекопитающих способны стабильно работать в естественной среде, а не только в лаборатории.
Чтобы проверить, как мозг управляет навигацией в реальном мире, исследователи отправились на крошечный необитаемый остров Латам у побережья Танзании. Он стал идеальной природной "лабораторией" — без деревьев и лишних ориентиров, с ограниченной территорией, где можно выпускать летучих мышей и отслеживать их перемещения.
"Можно подумать, что подходящих островов бесчисленное множество, но даже после систематического всемирного поиска мы не могли найти нужный. Однажды я приблизил регион, который уже просматривал ранее, — и вдруг обнаружил остров Латам", — вспоминает профессор Нахум Улановский.
Учёные арендовали помещение в ветеринарном институте Танзании, превратили его в лабораторию и имплантировали шести фруктовым летучим мышам микроскопические устройства, которые одновременно фиксировали активность мозга и координаты GPS. Это были самые маленькие регистрирующие устройства в мире, специально разработанные для полевых экспериментов.
Каждую ночь мышей выпускали летать поодиночке. Исследователи записывали активность более 400 нейронов, отвечающих за ориентацию в пространстве.
| Условия наблюдения | Активность нейронов направления головы | Результат |
| Полёт в лаборатории | Активность стабильна, но ограничена пространством | Подтверждена работа локального компаса |
| Полёт на острове | Нейроны сохраняют направление независимо от ландшафта | Подтверждён глобальный компас |
Когда летучие мыши летели на север, активировалась одна группа клеток, на юг — другая. И так происходило в любой точке острова, на разной высоте и скорости.
"Мы обнаружили, что компас глобальный и единообразный: где бы мышь ни находилась на острове, конкретные клетки всегда указывают в одном и том же направлении — север остаётся севером, а юг — югом", — поясняет Нахум Улановский.
Регистрация направления. Клетки направления головы активируются, когда животное ориентируется в определённую сторону.
Создание нейронной карты. Мозг объединяет зрительные и пространственные сигналы, чтобы "понять", где находится тело.
Калибровка. Первые ночи летучие мыши "учились" сопоставлять внутренний компас с окружающими ориентирами.
Стабилизация. Через 2-3 ночи направление компаса становилось устойчивым — система завершала обучение.
Интеграция данных. Мозг объединяет визуальные ориентиры с возможными небесными сигналами, но не зависит от Луны и звёзд.
Ошибка: считать, что летучие мыши ориентируются по магнитному полю Земли.
Последствие: результаты не объясняют постепенного обучения и калибровки компаса.
Альтернатива: мыши используют зрительные ориентиры и пространственную память.
Ошибка: полагать, что небесные тела — главный источник навигации.
Последствие: ориентация будет нестабильной, ведь положение Луны и звёзд постоянно меняется.
Альтернатива: небесные сигналы лишь помогают "подстроить" внутренний компас в первые ночи.
Ошибка: думать, что лабораторные результаты полностью отражают поведение животных в природе.
Последствие: учёные теряют понимание, как нейроны работают в реальных условиях.
Альтернатива: проводить полевые исследования с применением миниатюрных регистраторов.
А что если аналогичный "внутренний компас" есть и у человека? Учёные уже знают, что в мозге людей существуют схожие навигационные клетки, но они действуют не так точно, как у летучих мышей. Возможно, у человека компас ослаблен из-за зависимости от внешних технологий — карт и GPS. Если же удастся понять, как мозг млекопитающих калибрует направление, это может помочь в ранней диагностике нейродегенеративных заболеваний, при которых нарушается пространственная ориентация, например болезни Альцгеймера.
| Параметр | Плюсы | Минусы |
| Полевые эксперименты | Реальные данные, высокая достоверность | Сложная логистика, зависимость от природных условий |
| Миниатюрные устройства | Возможность записи активности мозга в полёте | Ограниченная мощность и время работы |
| Наблюдение в дикой природе | Поведение максимально естественно | Невозможно контролировать все переменные |
Миф: летучие мыши ориентируются исключительно эхолокацией.
Правда: для дальних перелётов они используют зрение и внутренний нейронный компас.
Миф: магнитное поле Земли — основной ориентир.
Правда: мозг летучих мышей использует зрительные ориентиры, не зависящие от магнитных данных.
Миф: внутренний компас работает с рождения.
Правда: нейроны направления головы формируются после рождения и требуют обучения в новых условиях.
Как работает внутренний компас у животных?
Группы нейронов активируются при повороте головы в определённую сторону, формируя устойчивую "карту направления" в мозге.
Можно ли сравнить навигацию летучих мышей с человеческой?
Частично — да. У человека также есть клетки ориентации, но они менее стабильны и зависят от внешних сигналов.
Зачем учёным знать, как мыши ориентируются?
Такие исследования помогают понять, как мозг обрабатывает пространственную информацию и как эти механизмы нарушаются при болезни Альцгеймера и других деменциях.
Исследования навигации животных начались в 1970-х годах с работ Джона О'Кифа, открывшего "клетки места" у грызунов. Позже нобелевские лауреаты Мэй-Бритт и Эдвард Мозеры открыли "решётчатые клетки", отвечающие за пространственную ориентацию. Работа команды Улановского стала продолжением этой линии — впервые показав, что "компасные" нейроны работают и в естественных условиях, а не только в искусственных лабораторных аренах.
Факт 1. У летучих мышей клетки направления головы активируются даже во сне — мозг "репетирует" маршруты полёта.
Факт 2. Внутренний компас у млекопитающих формируется раньше, чем способность к сложной памяти.
Факт 3. У человека аналогичные клетки активируются, когда он представляет путь по знакомому городу.