Исследование, проведенное в лаборатории Дэвида Андерсона, профессора биологии Сеймура Бензера и исследователя из Медицинского института Говарда Хьюза, было опубликовано в Интернете 14 мая в журнале Current Biology.Насекомые — важная модель для изучения эмоций; Хотя мыши на эволюционном генеалогическом древе ближе к людям, у плодовой мушки гораздо более простая неврологическая система, которую легче изучать. Однако изучение эмоций у насекомых или любого другого животного также может быть непростым.
Поскольку исследователям известен опыт человеческих эмоций, они могут антропоморфизировать эмоции насекомых — точно так же, как вы могли бы предположить, что муха, которую прогнали прочь, покинула вашу тарелку, потому что боялась вашей руки. Но есть несколько проблем с таким предположением, говорит доктор наук Уильям Т. Гибсон, первый автор статьи.
«Есть две трудности с тем, чтобы взять свой собственный опыт и затем сказать, что, возможно, это происходит у мухи. Во-первых, мозг мухи сильно отличается от вашего, а во-вторых, история эволюции мухи настолько отличается от вашей, что даже если бы вы могли докажите вне всяких сомнений, что у мух есть эмоции, эти эмоции, вероятно, будут не такими, как у вас », — говорит он. «По этим причинам в нашем исследовании мы хотели применить объективный подход».Андерсон, Гибсон и их коллеги сделали это, деконструировав идею эмоции на основные строительные блоки — так называемые примитивы эмоций, концепцию, ранее разработанную Андерсоном и Ральфом Адольфами, профессором психологии и нейробиологии Брена и профессором биологии.
«В течение десятилетий ведутся споры о том, что означает« эмоция », и общепринятого определения не существует. В статье, которую недавно написали Ральф Адольфс и я, мы выдвинули точку зрения, что эмоции — это тип внутреннего состояния мозга с определенными общие свойства, которые могут существовать независимо от субъективных, сознательных чувств, которые можно изучать только на людях », — говорит Андерсон. «Это означает, что мы можем изучать такие состояния мозга на животных моделях, таких как мухи или мыши, не беспокоясь о том, есть ли у них« чувства »или нет. Мы используем поведение, которое выражает эти состояния, в качестве считывания».Гибсон объясняет по аналогии, что эмоции можно разбить на эти примитивы эмоций, так же как вторичный цвет, такой как оранжевый, можно разделить на два основных цвета, желтый и красный. «И если мы сможем показать, что у плодовых мушек есть все эти отдельные, но необходимые примитивы, мы сможем утверждать, что у них также есть эмоции, такие как страх».
Примитивы эмоций, проанализированные в исследовании мух, можно понять в контексте стимула, связанного с человеческим страхом: звука выстрела.
Если вы слышите выстрел из пистолета, этот звук может вызвать негативное чувство. Это примитивное чувство, называемое валентностью, вероятно, заставит вас вести себя по-другому в течение нескольких минут после этого. Это примитив, называемый настойчивостью. Повторное воздействие стимула должно также вызывать более сильную эмоциональную реакцию — примитив, называемый масштабируемостью; например, звук 10 выстрелов напугал бы вас больше, чем звук одного выстрела.
Гибсон говорит, что еще одним примитивом страха является то, что он распространяется на разные контексты, а это означает, что если вы ели обед или были чем-то заняты, когда выстрелил из пистолета, страх возобладал бы, отвлекая вас от обеда. Трансситуативность — это еще один примитив, который может вызвать у вас такую же пугающую реакцию в ответ на несвязанный стимул — например, звук встречного огня автомобиля.
Исследователи решили изучить эти пять примитивов, наблюдая за насекомыми в присутствии вызывающего страх раздражителя. Поскольку защитные поведенческие реакции на визуальные угрозы над головой являются обычным явлением у многих животных, исследователи создали устройство, которое проводило темную ракетку над местом обитания мух.
Затем движения мух отслеживались с помощью программного обеспечения, созданного в сотрудничестве с Пьетро Перона, профессором электротехники Аллена Э. Пакетта.Исследователи проанализировали реакцию мух на раздражитель и обнаружили, что насекомые проявляют все эти примитивы эмоций.
Например, ответы были масштабируемыми: когда ракетка проходила над головой, мухи либо замирали, либо отскакивали от стимула, либо переходили в состояние повышенного возбуждения, и каждый ответ увеличивался с увеличением количества доставок стимула. А когда голодные мухи собирались вокруг еды, стимул заставлял их оставлять еду на несколько секунд и бегать по арене, пока их состояние повышенного возбуждения не спадало и они не возвращались к еде, демонстрируя примитивы обобщения контекста и настойчивости.
«Эти эксперименты предоставляют объективные доказательства того, что визуальные стимулы, имитирующие надголовного хищника, могут вызывать постоянное и масштабируемое внутреннее состояние защитного возбуждения у мух, которое может влиять на их последующее поведение в течение нескольких минут после того, как угроза миновала», — говорит Андерсон. «Для нас это большой шаг за рамки простой интуитивной интуиции, что муха, убегающая от визуальной угрозы, должна« бояться », основываясь на наших антропоморфных предположениях. Это предполагает, что реакция мух на угрозу богаче и сложнее, чем реакция роботов. как рефлекс избегания ".В будущем, по словам исследователей, они планируют объединить новую технику с генетически обоснованными методами и визуализацией мозговой активности для выявления нейронных цепей, лежащих в основе этого защитного поведения. Их конечная цель — выявить определенные популяции нейронов в мозгу плодовой мушки, которые необходимы примитивным эмоциям, а также определить, сохраняются ли эти функции у высших организмов, таких как мыши или даже люди.
Хотя присутствие этих примитивов предполагает, что мухи могут реагировать на стимул, основываясь на какой-то эмоции, исследователи быстро указывают, что эта новая информация не доказывает — и не ставила перед собой задачу установить — что мухи может испытывать страх, счастье, гнев или любые другие чувства.«Наша работа может дать ответы на вопросы о механизме и функциональных свойствах эмоциональных состояний, но мы не можем ответить на вопрос, обладают ли мухи чувствами или нет», — говорит Гибсон.
Исследование под названием «Поведенческие реакции на повторяющийся стимул выражают стойкое состояние защитного возбуждения у дрозофилы» было опубликовано в журнале Current Biology. Помимо Гибсона, Андерсона и Пероны, в число соавторов Калифорнийского технологического института входят аспирант Карлос Гонсалес, студентка Ребекка Ду, бывшие научные сотрудники Кончи Фернандес и Панна Фельсен (степень бакалавра наук ’09, MS ’10) и бывший научный сотрудник Майкл Мэйр. Соавторы Лакшминараянан Рамасами и Таня Табачник из исследовательского кампуса Джанелия Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI).
Работа финансировалась Национальным институтом здравоохранения, HHMI и Фондом Гордона и Бетти Мур.