Uhyggelig: Peering I Spiders Hjerner Uden At Eksplodere Dem

{h1}

En ny teknik hjælper forskere med at analysere de elektriske hjerne signaler fra springende edderkopper, uden at de ved et uheld dræber edderkopperne i processen.

Hoppespindelen, der er berømt for sin fremragende vision og pouncing færdigheder, har længe været en gåde til neurobiologer. Den arachnid's krop er fyldt med en trykvæske, som hjælper den med at bevæge sig, og når nysgerrige forskere har forsøgt at kigge ind i hjernen med kirurgiske instrumenter, eksploderede edderkoppen.

Nu har forskere med en ny teknik registreret den elektriske hjerneaktivitet hos disse fascinerende edderkopper, sans kaboom.

"Hvad vi har gjort er åbent hjernen grundlaget for et meget usædvanligt dyr," sagde forsker Ron Hoy, en professor i neurobiologi og adfærd ved Cornell University. [Se flere billeder af eksperimentet med sprængspindene]

Teensy hjerner

Hoppespindlen (Phidippus audax) har en hjerne på størrelse med et valmuefrø, men vision næsten på niveau med mennesker, hvilket gør sit visuelle system interessant for forskere og robotteknikere, der trækker inspiration fra naturen.

Gil Menda, en postdoktorale forsker i neurobiologi og adfærd i Hoys laboratorium, indså, at hvis han lavede et lille hul i edderkoppens hoved, kunne såret selv helbrede omkring en wolframoptagelektrode så tynd som et hår. Han indsatte forsigtigt en mikroelektrode i hjernen af ​​33 edderkopper og så på, hvordan hjerneceller i deres visuelle netværk reagerede på billeder af hvid støj, fluer og andre springeredskaber.

Med otte øjne har springende edderkopper en næsten fuldstændig 360-graders visning af deres omgivelser. De fleste edderkopper har dårligt syn og bygger webs for at fange bytte, men hoppende edderkopper jager nomadisk meget som en kat eller en ulv stænger deres bytte, fortæller Hoy WordsSideKick.com.

Hjernen hos spindelhjulets indre virkninger forblev ufattelige indtil nu.

Hjernen hos spindelhjulets indre virkninger forblev ufattelige indtil nu.

Kredit: Gil Menda Hoy Lab, Cornell University

Han bemærkede dog en lille forskel, dog. I modsætning til katte løber edderkopperne ikke efter deres bytte. "De hopper og greb deres bytte," sagde Hoy. "Det er som en kattes pounce."

For at holde edderkopperne stadig under eksperimenterne, oprettede forskergruppen en lille edderkop med en 3D printer. De dækkede edderkoppernes fire tilbage øjne og satte elektroden ind i hjernen for at hjælpe dem med at kigge efter hjerneceller forbundet med hver edderkoppes visuelle system. Når forskerne viste edderkopperne et billede af en flyve, deres naturlige bytte, på en skærm, viste edderkoppernes hjerneceller i forbindelse med deres visuelle systemer en sprængning af elektrisk aktivitet. [Se billeder af Jumping Spiders & Other Arachnids]

På kinesisk oversætter spindelnavnet til "flyvende tiger". Men de er ikke farlige for mennesker. "De har gift, men det er forbeholdt deres bytte," sagde Hoy.

"Du hører et meget stærkt [elektrisk] svar fra hjernen, når [edderkopperne] opdager noget, som de genkender," sagde Menda.

For at sikre, at edderkopperne ikke reagerede på bestemte dele af fluen, som f.eks. Vinger eller hoved, viste forskerne edderkopperne et jumbled billede af en flyve. Det spredte billede fremkaldte ikke et svar. "De reagerede slet ikke på [jumbled] billederne," sagde Menda. "Det var ikke den lille komponent af billedet, det var billedet af [hele] fluen."

Hoppespinderne viste også et neuralt svar på den "hvide støj" statiske, men ikke til billeder af andre edderkopper, ifølge elektrodeoptagelserne; det er muligt, at andre neuroner i deres hjerner, der ikke var fastgjort til elektroden, viste et svar på edderkopbilleder, siger forskerne.

Specialiserede øjne

I modsætning til mennesker, hvis øjne opdager både skarphed og bevægelse, bevirker edderkoppens store primære øjne skarphed, og dets små sekundære øjne ser bevægelse. Fordi forskere ikke kunne studere edderkoppernes neurale aktivitet indtil nu, var de usikre på, hvordan edderkoppernes øjne arbejdede sammen.

"Du kan forestille dig at du har fire øjne, der alle ser på det samme, du får input en og indtaster to, og du vil tilføje dem sammen," spekulerede forsker Paul Shamble, en kandidatstuderende af neurobiologi og adfærd i Hoys laboratorium. "Det viser sig at for nogle af neuronerne, det var ikke tilfældet. Det var meget mere kompliceret."

I eksperimentet dækkede forskerne spindelernes forreste øjne og derefter deres side øjne. Edderkopperne viste lille neuralt visuelt svar på billederne, hvis begge øjne var dækket.

Edderkopperne har brug for både deres store og små øjne til at behandle visuel information, fandt forskerne. "De har brug for alle deres øjne for at opdage rovet," sagde Menda.

Undersøgelsen kan åbne et nyt felt af grundlæggende neurovidenskab, sagde Hoy. Det kan også inspirere ingeniører, der bygger små biosensorer, da spindende edderkopper har små øjne og hjerner.

"De små [hjerner], med kun hundrede tusind neuroner, kan se de samme ting som mennesker med enorme hjerner kan se," sagde Menda.

Forskerne håber også, at undersøgelsen vil øge bevidstheden om spiderspidsernes præcise visuelle og jagteevner.

"Hvis du bare bøjer din hånd, er dette et af de få dyr, der vil vende sig om og se tilbage på dig," sagde Hoy. "For mig gør det dem tiltagende, og det får mig til at tænke måske, måske vil jeg ikke squash det dyr."

Undersøgelsen blev offentliggjort 9. oktober i tidsskriftet Current Biology.

Følg Laura Geggel på Twitter @LauraGeggel og Google+. Følg WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel om WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com