من الفينيل إلى الرؤية: تظهر ذباب الفاكهة القدرة على اتخاذ القرار

ملخص: بالمقارنة مع جامعي تسجيلات الفينيل، يستكشف الباحثون مفهوم الملاءمة – حيث يتم اتخاذ القرارات على أساس توقعات المكافأة – التي يلاحظها الحمام للبشر.

وجدت دراسة حديثة أن ذباب الفاكهة يظهر أيضًا هذا السلوك، ويصدر أحكامًا بناءً على توقعاته بالمكافأة. ومن خلال توصيف هذا النشاط في دماغ الذبابة، يمكن للعلماء أن يفهموا بشكل أفضل عمليات صنع القرار عبر الأنواع وآثارها الأوسع في حالات مثل الإدمان.

مفتاح الحقائق:

1. “التخصيص” هو سلوك منتشر في جميع أنحاء المملكة الحيوانية حيث يتم اتخاذ القرارات بناءً على توقعات المكافأة.
2. أثبت باحثو جينيليا أن ذباب الفاكهة يمكن أن يشارك في عملية صنع القرار على أساس القيمة، والاختيار بين الروائح على أساس إمكانية المكافأة النسبية.
3. ووجدت الدراسة أن ذباب الفاكهة يعمل ضمن نقاط اشتباك عصبي محددة في جسم الفطر، مما يوفر نظرة ثاقبة للتغيرات في المشابك العصبية من أجل اتخاذ القرار.

مصدر: همي

مثل العديد من جامعي تسجيلات LP، يمتلك صهر جيمس فيتزجيرالد متجرًا مفضلاً حيث يجد بانتظام أفضل الفينيل لمجموعته. ولكن هناك أوقات يقضي فيها ساعات في المتجر ويأتي فارغًا. إنه يعلم أيضًا أنه يتعين عليه أحيانًا الذهاب إلى متجر التسجيلات على الجانب الآخر من المدينة، حيث يصطدم أحيانًا بجوهرة قوية كانت في المخزن منذ زيارته الأخيرة.

يقوم صهر فيتزجيرالد بإجراء حساب: يزن العواقب المحتملة التي توجه سلوكه. يكافئه متجر التسجيلات المفضل لديه كثيرًا، لذا فهو يزور هذا المتجر أكثر. من غير المرجح أن يكافئه متجر من الدرجة الثانية، لذلك سيزور هذا المتجر من حين لآخر فقط.

يقول جلين تورنر، عالم الأعصاب ورئيس الفريق مع فيتزجيرالد في مجمع جينيليا للأبحاث التابع لمعهد HHMI، إن عادة “البحث عن الأرقام القياسية” هذه هي مثال رئيسي لسلوك يسمى التزاوج المنتشر على نطاق واسع في مملكة الحيوان. بدلاً من الفينيل، تبحث الحيوانات غير العصرية، مثل الفئران والذباب، عن الطعام باستخدام إشارات حسية مثل الروائح لتقييم جودة الطعام عن بعد.

لكن ليس من الواضح كيف يتخذ الدماغ هذا القرار القائم على القيمة، على الرغم من أن هذا التوافق شوهد في كل شيء، من الحمام إلى الفئران إلى البشر. سبق للباحثين أن اقترحوا نظرية حول كيفية حدوث ذلك، لكن الفكرة لم يتم اختبارها في العالم الحقيقي.

الآن، أكد فريق من الباحثين في جينيليا، بما في ذلك فيتزجيرالد، وتيرنر، وباحث الدراسات العليا في جينيليا أديتيا راجاجوبالان، وزميل جينيليا السابق رون دارشان، وخبير الأبحاث كارين هيبارد، أن النظرية المقترحة تعمل.

أظهرت تجارب راجاجوبالان أن ذباب الفاكهة، مثله مثل أخت زوجة فيتزجيرالد، يمكنه اتخاذ قرارات بناءً على توقعاته بشأن احتمالية الحصول على مكافأة. كما حدد الفريق الموقع الذي يحدث فيه تعديل القيمة هذا في دماغ الذبابة، مما يمكنهم من اختبار هذه النظرية مباشرة على مستوى الدوائر العصبية.

يقول تورنر: “لقد وجدنا أن الذباب يستخدم الترقب لإضفاء قيمة على عالمه”. “إنه يرتبط بشكل جيد للغاية مع هذا العمل النظري الأنيق للغاية ويشرح هذه الظاهرة المنتشرة.”

إن معرفة كيفية قيام دماغ الذبابة بهذا السلوك المنتشر سيساعد العلماء على فهم أفضل لكيفية حدوث اتخاذ قرارات مماثلة في أدمغة الحيوانات الأكبر حجمًا، بما في ذلك البشر. يمكن أن تسوء عملية صنع القرار في أمراض مثل الإدمان، لذا يقترح الباحثون أن فهم كيفية عمل هذه العملية في الدماغ البسيط له قيمة أوسع.

يقول راجاجوبالان: “إن الأفكار والإطار النظري الذي حددناه في هذه الورقة تبدو وكأنها بذور التطور في الكائنات الأكبر حجمًا، حيث تتم إضافة المزيد من الطبقات للسماح بسلوكيات أكثر تعقيدًا”. ورقة جديدة تصف العمل.

فحص السلوك المطابق

وكانت ذباب الفاكهة، التي تمت دراسة أدمغتها جيدًا ورسم خرائط لها، خيارًا جذابًا لدراسة التكيف وآلياته الأساسية. ولكن أولاً، كان على الفريق أن يبتكر طريقة لمراقبة نتائج ذبابة الفاكهة.

راجاجوبالان، الذي جاء إلى مختبر تيرنر من خلال برنامج الدراسات العليا مع جامعة جونز هوبكنز، قاد المشروع. لقد صمم تجربة دخلت فيها ذبابة واحدة إلى إحدى ذراعي ساحة متناظرة على شكل حرف Y. يتم حقن الروائح في الذراعين الآخرين لـ Y. تختار الذبابة ملاحقة أحدهما أو الآخر وتتلقى مكافأة – في هذه الحالة عن طريق تنشيط خلاياها العصبية الحساسة للسكر – ولكن باحتمالات مختلفة: يمكن أن تترجم الرائحة إلى مكافأة. في 80% من الحالات، قد تحقق الرائحة الأخرى مكافأة بنسبة 20%.

وجد الباحثون أن الذبابة تعلمت أن تتوقع المكافآت بنفس النسبة التي قدمتها، ثم قامت باختيارها بناءً على تلك التوقعات. تعطي هذه الإجراءات اسمًا لسلوك المطابقة: في 80 بالمائة من الحالات، اختارت الذبابة الرائحة التي قدمت 80 بالمائة من المكافآت. وفي 20% من الحالات، اختارت الرائحة التي قدمت 20% من المكافآت.

قام الفريق بتتبع السلوك إلى نقاط الاشتباك العصبي المحددة في جسم الفطر، وهو جزء من دماغ الذبابة المسؤول عن التعلم والذاكرة. وقد مكنهم ذلك من تطوير نموذج لكيفية تنفيذ الدماغ لهذا السلوك بناءً على نظرية التكييف.

في هذه النظرية، يتم تعلم القيم المرتبطة بالاختيارات المختلفة من خلال التغيرات في قوة التشابك العصبي: يتم تقوية الروابط التشابكية أو إضعافها بما يتناسب مع الفرق بين المكافأة المتوقعة والمكافأة المستلمة. إن نمذجة المجموعة وسلوك الذبابة بناءً على هذه النظرية سمحت لنا بإظهار كيف يتغير التآزر الفردي لتمكين اتخاذ القرار على أساس القيمة.

يؤكد العمل الجديد على الروابط المهمة بين التجربة والنظرية، ويجمع شرحًا للقواعد التي تحكم كيفية تعلم الحيوان، وهو ما يقول الباحثون إنه مُرضٍ على المستويين المفاهيمي والميكانيكي.

يقول فيتزجيرالد: “إن رؤية أنه يمكنك الحصول على هذه النتائج الاقتصادية المعقدة من هذا التفسير الآلي البسيط لكيفية تغير المشابك العصبية هو مثال رائع لما يمثله علم الأعصاب الإدراكي الآلي”. “نحن نأخذ هذه الخاصية العالمية ونستخدم قوة هذه الحيوانات الصغيرة لتثبيتها ميكانيكيًا.”

حول أخبار أبحاث علم الأعصاب هذه

مؤلف: نانسي بومباي
مصدر: همي
اتصال: نانسي بومباي – HHMI
صورة: يُنسب الفيلم إلى Neuronews

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“التعلم المباشر ودفع توقعات المكافأة المطابقة للفاعل في ذبابة الفاكهةجيمس فيتزجيرالد وآخرون. بناس

ملخص

التعلم المباشر ودفع توقعات المكافأة المطابقة للفاعل في ذبابة الفاكهة

يجب أن تستخدم الحيوانات الباحثة عن الطعام استراتيجيات صنع القرار التي تتكيف ديناميكيًا مع المكافآت البيئية. تقوم مجموعة متنوعة من الحيوانات بذلك عن طريق توزيع تفضيلاتها وفقًا للمكافآت المستمدة من كل تفضيل، وهي قاعدة هيرنشتاين للمطابقة الوظيفية.

يقترح العمل النظري تفسيرًا ميكانيكيًا أنيقًا لهذا السلوك واسع الانتشار، حيث إن المطابقة الوظيفية تتبع تلقائيًا قواعد اللدونة التشابكية البسيطة التي تعمل داخل الدوائر العصبية السلوكية. ومع ذلك، لم يحدد أي عمل سابق الصلة الوظيفية بآليات اللدونة في الدماغ، وبالتالي تظل الأهمية البيولوجية للنظرية غير واضحة.

وهنا نجد الأهمية الوظيفية ذبابة الفاكهة وأظهر أن جسم الفطر يتطلب مرونة متشابكة تنطوي على الفعل وتوقع المكافأة. لقد شرعنا في تطوير نموذج ديناميكي للبحث عن الطعام لقياس الخيارات من الذباب الفردي أثناء تعلمهم ربط إشارات الرائحة بالمكافآت الاحتمالية.

قمنا بتطوير نموذج لجسم فطر الذبابة لشرح سلوك الاختيار المتكرر لكل ذبابة باستخدام مجموعة من قواعد اللدونة المتشابكة الواقعية بيولوجيًا. كما تنبأ العمل النظري السابق، وجدنا أن قواعد اللدونة المشبكية قد تفسر السلوك التكيفي بسرعة من خلال الجمع بين توقعات التحفيز، أو توقعات المكافأة، أو كليهما.

ومع ذلك، من خلال التجاهل البصري لتمثيل توقعات المكافأة، قمنا بإزالة سلوك المطابقة وأظهرنا أن قاعدة اللدونة يجب أن تتضمن على وجه التحديد توقع المكافأة. بشكل جماعي، تكشف هذه النتائج عن آليات مستوى التزامن الأولى ذات الأهمية الوظيفية وتوفر أدلة دامغة على دور إشارات توقع المكافأة في دماغ الذبابة.