Голуби під час польоту думають не тільки про орієнтири
Відео: Шашлики і Голуби (18+)
Голуби відомі своєю здатністю знаходити дорогу додому з незнайомій місцевості. Біологи називають це «Хомінг» (від home - будинок). Цю здатність люди історично використовували в своїх цілях: голуби повсюдно служили для поштового зв`язку.
Коли голуби летять до дому, вони, як і перелітні птахи, використовують різні підказки. Вони орієнтуються по положенню сонця, по магнітному полю Землі, навіть, як це не дивно, по запаху. Використовують вони і ландшафтні орієнтири: річки, шосе, населені пункти та ін.
Вивчати міграції птахів стало простіше з появою GPS. Помістивши на птицю мініатюрний GPS-приймач, можна точно відстежити її переміщення. Але щоб краще розібратися в механізмах пташиної навігації, вченим дуже хотілося «заглянути в мозок» прямо під час польоту. Довгий час це було технічно неможливо, і сама поставлена задача здавалася нерозв`язною.
Зробити це вперше вдалося міжнародній групі вчених під керівництвом професора Ханса-Петера Ліппі (Hans-Peter Lipp) з Інституту анатомії Цюріхського університету (Institute of Anatomy University of Zurich), в якій є і наші співвітчизники. Олексій Висоцький, який працює нині в Інституті нейроінформатікі (Institute of Neuroinformatics, University of Zurich), Джакомо Дель-Омо (Giacomo Dell&rsquo-Omo), Інститут анатомії Цюріхського університету, Олександр латання (кафедра вищої нервової діяльності біологічного факультету МДУ) та їх колеги створили перший у світі прилад для запису електричної активності мозку голуба прямо під час польоту.
«Літаючий енцефалограф»
Такий прилад біологи назвали нейрологгером. Він весь час вдосконалюється, і найголовніше - зменшується в розмірах. Нейрологгер 2 (Neurologger 2), який вчені використовували в останній роботі, важить всього 2 грами разом з джерелом живлення, а розмір його - близько одного квадратного сантиметра. Він містить 256 МВ пам`яті і здатний реєструвати чотири канали ЕЕГ (з чотирьох електродів) зі швидкістю 9600 вимірювань в секунду.
Цей мініатюрний енцефалограф містить блок для фільтрації сигналу, каскадний підсилювач сигналу, мікроконтролер для оцифровки сигналу і блок пам`яті. Прилад також записує напрямок голови голуба і електроміограму м`язів. Вся ця конструкція кріпиться на голові птиці.
Нейрологгер приєднаний до мікроелектродів, які під час операції імплантують голубу епідурально - це значить, що вони знаходяться на поверхні твердої мозкової оболонки. Реєструють електроди вчені розташували над зоровим wulst (специфічний відділ мозку птахів, що бере участь в сприйнятті і обробці зорової інформації) і в сусідній зоні, де відбувається більш складний аналіз.
Відео: Дикі кішки звіріють навіть в неволі
Реакція мозку на зоровий об`єкт
26 голубів обох статей жили в голубника в Італії в 25 км від Риму і недалеко від узбережжя Середземного моря. Їх регулярно тренували знаходити дорогу додому, відвозячи на 50 км.
Перш ніж почати польотні експерименти, треба було розібратися в особливостях ЕЕГ птахів. Тому перші досліди вчені проводили в вольєрі. «Частотні показники електричної активності мозку птахів інші, ніж у щурів і мишей - звичайних лабораторних тварин, - пояснив кореспонденту Infox.ru Олексій Висоцький. - Ми показали, що середньо- і високочастотні хвилі більше корелюють з поведінкою, ніж низькочастотні ». Вчені розділили всю можливу електричну активність мозку голуба на кілька діапазонів. Найбільш пов`язані з поведінкою виявилися діапазони С (среднечастотний, 12&minus-60 Гц) і високочастотні D (60&minus-130 Гц) і Е (130&minus-200 Гц).
У вольєрних експериментах вчені показали, що коли голуб пильно дивиться на об`єкт, в його мозку посилюються хвилі середніх частот (діапазон С). Причому якщо об`єкт розташовувався з одного боку від птиці, то ЕЕГ змінювалася в протилежному півкулі, оскільки шляхи зорової інформації в мозку перехрещуються. А якщо голубу перед польотом закривали одне око, то відповідь мозку на об`єкт в поле зору спостерігали з цього ж боку.
У польотних експериментах голуби крім нейрологгера несли GPS-приймач у вигляді пластини, яку закріплювали птиці на спині. GPS важив близько 25 грамів. Оскільки це вага для голуба відчутний, його спочатку привчали носити на спині контрольний вантаж такої ж ваги, а перед польотом надягали GPS. Він записував шлях птиці з точністю 5 метрів щосекунди.
З відкритого моря до рідного дому
Птахів відвозили в море, за 18 км від берега і 30 км від голубники, і там випускали. Вони досить швидко знаходили дорогу додому, в середньому за 38 хвилин, а їх швидкість коливалася від 60 до 80 км на годину. Це показує, що додатковий вага нейроблоггера і GPS не заважав птахам в польоті.
Після повернення голубів вчені витягували інформацію з пам`яті приладів і аналізували. GPS давав в їх розпорядження треки - шляху проходження птахів, а нейрологгер показував, як змінюється в цей час електрична активність мозку.
Спочатку голуби летіли над морем, над однорідним ландшафтом без всяких зорових орієнтирів. Але коли вони досягали берега, починалася знайома для них територія, де вони пролітали одне шосе, інше шосе і перехрестя.
Політ над морем у голубів супроводжувався високочастотної активністю, яка знижувалася в міру наближення до берега. У відкритому морі голубам, очевидно, треба було використовувати для навігації такі ключі, як положення сонця і магнітне поле. Середньочастотна активність при польоті над морем виявилася низька, але піково зросла при підльоті до берега.
При польоті над землею картина була іншою. Середньочастотна активність в діапазоні С посилювалася при наближенні до якогось ландшафтному орієнтиру: шосе, перехрестя або тоді, коли голуби бачили рідну голубник. Так відзначалися всі об`єкти, які представляли для голуба інтерес. Це не тільки маркери для навігації, але і інші цікаві речі, наприклад, місця підгодівлі на полях, де скупчувалися зграї диких голубів. Нейрологгер відзначав інтерес птахів до цих об`єктів. Причому посилення среднечастотной активності починалося в зоні 150 метрів від предмета інтересу. Якщо орієнтир перебував з одного боку по курсу голуба, сильніша активація ЕЕГ спостерігалася з протилежного боку.
Цікаво, що коли голубів випускали групами по 6 птахів, активність в С діапазоні у них також посилювалася при наближенні до об`єктів інтересу, але менше, ніж у одиночних птахів. Мабуть, коли птахи летять групою, вони звертають менше уваги на зорові орієнтири, оскільки тримаються разом і слідують один за одним. Поодинокі птахи летіли з трохи меншою швидкістю, ніж в групі (8,3 км в хвилину проти 5,6 км в хвилину).
Недалеко від голубники розташовувався відкритий кар`єр, добре видимий з повітря. Деякі голуби, залучені цим об`єктом, згортали до кар`єру (що супроводжувалося среднечастотной активністю в протилежному півкулі), а потім переорієнтувалися на голубник. У момент, коли вони усвідомлювали, що летять не туди, і змінювали напрямок, спостерігався сплеск високочастотної активності. Високочастотна активність підсилювалася також при відсутності видимих орієнтирів (над морем або при поганій видимості) або тоді, коли птахи зустрічали перший знайомий орієнтир і коректували свій політ.
Про що говорить ЕЕГ в польоті
«Ми розглядаємо среднечастотную активність як відображення зорового сприйняття, а високочастотну активність - як відображення аналізу інформації на більш високому ієрархічному рівні мозку, - каже Олексій Висоцький. - Наприклад, коли відбувається вилучення інформації з пам`яті і прийняття рішення ».
«Сама можливість записати ЕЕГ птиці в польоті здавалася дуже проблематичною. Цього ніколи раніше не робили. Те, що це вийшла - це дійсно велика удача, - продовжує вчений. - Ми показали, що метод ЕЕГ, який до цих пір використовувався тільки в лабораторії, можна застосувати в природних дослідженнях. І використовувати для того, щоб зрозуміти, як мозок орієнтується в навколишньому світі ».
За його словами, історія роботи така. Перші спроби запису ЕЕГ голуба в польоті були зроблені радянським фізіологом Канівським і його колегами в 1982&minus-83 роках. Вони використовували радиотелеметрический перетворювач, щоб перетворити і зареєструвати електричну активність мозку голуба в летить позаду вертольоті. Цей метод не дозволяв отримати якісні дані і при цьому був дуже дорогим. Крім того, вертоліт сильно впливав на поведінку птахів у польоті.
З 2002 року група професора Ханса-Петера Ліппі стала працювати над міні-енцефалографом для летить голуба. Перший варіант нейрологгера кріпився на спину голуба разом з GPS. Потім почалася робота над тим, щоб домогтися чистоти записи і знизити вагу приладу. Сконструйований Олексієм Висоцьким нейрологгер 2 дозволив провести дослідження навігації голубів в тривалому польоті.
