Dopaminneuronen werden von Fliegen benötigt, um aus Fehlern zu lernen • Alexander Markov • Science News zu "Elementen" • Neurobiologie, Molekularbiologie, Physiologie

Dopaminneuronen brauchen Fliegen, um aus Fehlern zu lernen

Das Gehirn einer männlichen Fruchtfliege. Gelbe Pfeile Es werden aSP13-Dopamin-Neuronen festgestellt, deren Aktivierung dazu führt, dass das Männchen wählerisch wird und anfängt, sich um vorwiegend jungfräuliche Weibchen zu kümmern. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Natur

Drosophila Jungfrau Weibchen sind in der Regel bereit, sich mit dem ersten Freund zu paaren, was nicht von Frauen gesagt werden kann, die bereits sexuelle Erfahrung haben (und Sperma im Samengefäß). Junge Männchen kümmern sich zuerst wahllos um alle Weibchen, fangen aber bald an, Jungfrauen zu bevorzugen und stellen aus Erfahrung sicher, dass es leichter ist, mit ihnen auszukommen. Österreichische Biologen haben den Mechanismus eines solchen Trainings teilweise entschlüsselt. Es stellte sich heraus, dass erfolglose Umzüge die Empfindlichkeit der Männchen gegenüber dem männlichen Pheromon cVA erhöhen, welche Weibchen bereits mit jemandem gepaart riechen. Erfolgreiches Lernen erfordert die Arbeit einer speziellen Gruppe von Dopamin-Neuronen, die Signale an den Pilzkörper senden – die Gehirnabteilung, die für die Entscheidungsfindung verantwortlich ist. Künstliche Erregung dieser Neuronen "lehrt" Männer, Jungfrauen sogar ohne die Erfahrung der erfolglosen Balz zu bevorzugen.

Die Fähigkeit, aus Erfahrung zu lernen, ist eine nützliche Anpassung, die es Tieren erlaubt, ihr Verhalten abhängig von den Umständen zu ändern.Völlig angeborene, lernunabhängige Verhaltensreaktionen sind nur dann gut, wenn in einer Standardsituation immer dieselbe Lösung optimal ist. Bei der Wahl der Partner durch männliche Fruchtfliegen ist dies eindeutig nicht der Fall. Frauen, die bereits mit jemandem gepaart sind, sind diskriminierender und weniger begierig auf Sex. Aber ihre Keuschheit ist nicht absolut: Sie paaren sich oft mit mehreren Partnern, von denen jeder eine Chance hat, Nachkommen zu hinterlassen. Darüber hinaus kann das Zahlenverhältnis von jungfräulichen und nicht-jungfräulichen Weibchen je nach Ort und Zeit variieren. Daher ist es nicht profitabel für Männer, sich nur von Geburt an für Jungfrauen zu interessieren oder ihr Leben lang unlesbar zu bleiben. Zu diskriminierende Männer würden oft wertvolle Gelegenheiten verpassen, zu wahllos würden viele Ressourcen für erfolglose Werbung ausgeben.

Wahrscheinlich wurde die Präferenz von Virginen bei Drosophila-Männchen deshalb nicht vollständig angeboren. Dies ist eine "halbgeborene" Fähigkeit, die sich leicht und schnell entwickelt, aber dennoch Aktivierung oder "Verfeinerung" durch Training erfordert. So lernen zum Beispiel junge Rhesusaffen leicht und schnell, Schlangen und Krokodile, aber keine Blumen oder Spielzeugkaninchen zu fürchten (Cook & Mineka, 1989). PDF, 1,03 MB).

Österreichische Biologen vom Institut für Molekulare Pathologie in Wien (IMP) konnten den neurophysiologischen Mechanismus teilweise entschlüsseln und den Drosophila-Männchen erlauben, aus negativen sexuellen Erfahrungen "Schlüsse zu ziehen".

Zunächst waren die Forscher davon überzeugt, dass erfolglose Werbung das Interesse der Männer an nicht-psychisch kranken Frauen wirklich verringerte. "Interesse" wurde unter Verwendung eines Balzindex (CI) bewertet, der als der Anteil der Zeit definiert wurde, die das Männchen während des 10-minütigen Tests verbrachte, während er alleine mit dem Weibchen im Reagenzglas war. Es stellte sich heraus, dass die naiven (ohne sexuelle Erfahrung) Männchen sich nur 13,8% aktiver um die Jungfrauen kümmern als erfahrene Weibchen. Bei Männchen, die von einem nicht paarenden Weibchen abgelehnt werden, steigt der Präferenzindikator für Jungfrauen jedoch auf 51,6%.

Also passiert wirklich etwas. Um ihren Algorithmus besser zu verstehen, richteten die Autoren ein zusätzliches Experiment ein, bei dem die Männchen im "Trainings" -Stadium nicht mit einer unbeugsamen Nicht-Objekt-Frau, sondern mit einer toten (enthaupteten) Jungfrau konfrontiert wurden. Männer kümmerten sich um den Verstorbenen – natürlich ohne Erfolg.Zur gleichen Zeit, wie im ersten Experiment, erlangten sie negative sexuelle Erfahrung, aber in einem anderen Kontext.

Es stellte sich heraus, dass die vergebliche Umwerbung einer toten Jungfrau zu genau demselben Ergebnis führt wie die vergebliche Umwerbung einer nicht-Märtyrer-empfindlichen Person: In beiden Fällen steigt der Präferenzindex der Jungfrauen bei Männern! Daraus folgerten die Autoren folgerichtig, dass der Hauptfaktor, der einen unverständlichen Mann in einen Liebhaber von Jungfrauen verwandelt, der erfolglose Versuch der Paarung als solcher ist und nicht der aktive Widerstand der Frau oder andere Aspekte ihres Verhaltens (immerhin hatten die kopflosen Weibchen nicht die Fähigkeit, sich irgendwie zu verhalten).

Darüber hinaus zeigt dieses Ergebnis, dass der Lernalgorithmus sehr einfach ist und kein Verständnis für die Situation und Modellierung von Ursache-Wirkungs-Beziehungen bietet. Das Männchen berücksichtigt nicht, welches weibliche Weib ihn in welcher Weise und warum abgelehnt hat. Scheitern mit einer Jungfrau lehrt ihn nicht, Jungfrauen zu vermeiden (so wie ein Affe nicht anfängt, Kaninchen zu fürchten, selbst nachdem er einen Film gesehen hat, in dem ein anderer Affe den Hasen erschreckt, obwohl im Falle einer Schlange solches Training sehr effektiv ist).Offensichtlich ist der einfachste Algorithmus im Gehirn eines naiven Drosophila-Männchens "registriert": versuche dich mit jedem Weibchen zu paaren, und wenn es nicht klappt – suche nach Jungfrauen.

Aber wie unterscheidet ein Mann eine Jungfrau von einer Nicht-Jungfrau? Die Autoren schlugen vor, dass der "Schlüssel" das männliche Pheromon cVA (11-cis-Vaccenylacetat) sein könnte, das während der Paarung auf die Kutikula der Frau fällt. Drosophila beider Geschlechter nehmen dieses Pheromon mit dem Or67d-Rezeptor wahr (mehr über die Wirkung von cVA auf das Sexualverhalten von Männchen und Weibchen bei Drosophila und auf der neurologischen Grundlage dieses Einflusses siehe die Notiz "Neuronen, die für die Unterscheidung von männlichem und weiblichem Verhalten verantwortlich sind", "Elements", 08.12 .2010).

Experimente mit Männern, deren Gen Or67d wurde außer Kraft gesetzt, bestätigt die Erwartungen der Forscher. Es stellte sich heraus, dass die mutierten Männchen nicht zwischen Jungfrauen und Nicht-Jungfrauen unterscheiden, und negative sexuelle Erfahrung lehrt sie nichts. Deaktivierung von Genen anderer Pheromonrezeptoren (Or47b und Gr68a) gab keinen solchen Effekt. Daher spielt das Pheromon cVa tatsächlich eine Rolle in dem untersuchten Phänomen.

Diese Ergebnisse wurden in zusätzlichen Experimenten mit der Teilnahme von Frauen bestätigt – "Pseudo-Mädchen und"Mit Hilfe des Sexualpeptids (Sexpeptid, SP), das in der Samenflüssigkeit enthalten ist, zwangen die Forscher nicht-tugendhafte Frauen dazu, sich "mädchenhaft" zu verhalten und umgekehrt. Dieses Peptid macht die Weibchen lesbar und reduziert ihren sexuellen Appetit nach der ersten Paarung. "Pseudo-Maiden" ist eine weibliche Paarung mit einem Männchen, dessen Gen nicht funktioniert. SP. Eine solche Frau kümmert sich nach der Paarung so gut wie vor der Paarung. "Psevdonedevdevnits" gemacht von Jungfrauen, künstlich das Gen eingeschlossen SP in ihrem Nervensystem: solche Weibchen verhalten sich so, als hätten sie sich bereits mit jemandem gepaart.

Aber die Männchen sind nicht der Täuschung erlegen: Nach einem Liebesversagen hofierten sie energisch Weibchen, die sich eigentlich mit niemandem paarten (seien es einfache Jungfrauen oder "Pseudo-Verräterinnen"), während Nicht-Frauen und Pseudo-Mädchen sie viel weniger interessierten.

Das folgende Experiment wurde durchgeführt, um den Vorschlag zu testen, dass negative sexuelle Erfahrung Männer gegenüber cVA empfindlicher macht. Um dies zu tun, wurde die Nagelhaut "Pseudo-Verteidiger" cVA in verschiedenen Konzentrationen angewendet und beobachtetwie sich dies auf ihre Attraktivität in den Augen naiv und "erfahrener" (gescheiterter Liebesliebe) Männer auswirkt. Es stellte sich heraus, dass naive Männchen nur eine sehr hohe Konzentration von cVA vom Weibchen vertreiben können. Männer, die zuvor gescheitert sind, entmutigen sogar eine winzige Menge männliches Pheromon auf dem Körper einer Frau. Daher erhöhen Ausfälle die Empfindlichkeit von Männern gegenüber cVA.

Nachdem diese Tatsachen festgestellt worden waren, gingen die Autoren zu sorgfältigen Gentechnologieexperimenten über, deren Zweck es war, nach spezifischen Neuronen zu suchen, die für diese Art von Training bei Drosophila-Männchen verantwortlich sind. Dazu entfernen die Forscher Fliegen, in denen bestimmte Neuronengruppen beim Erhitzen angeregt werden (die Gene von Ionenkanälen, die sich öffnen, wenn sie erhitzt werden, werden in das Fliegengenom eingeführt, verbunden mit regulatorischen Regionen – Promotoren, die nur in bestimmten Neuronen eines bestimmten Typs aktiviert sind); Sie schalteten die Rezeptorgene in verschiedenen Teilen des Gehirns an und ließen Neuronen auf bestimmte Neurotransmitter reagieren – und prüften, wie all dies die Lernfähigkeit von Männern beeinflusst.

Als Ergebnis stellte sich heraus, dass eine kleine Gruppe von Dopamin (dh Neurotransmitter-Dopamin-emittierenden Neuronen) Neuronen mit dem Codenamen ASP13 eine Schlüsselrolle bei dieser Art von Training spielt. Es gibt zwei bis vier solcher Neuronen in jeder Hemisphäre des Gehirns. Früher war bereits bekannt, dass Dopaminneuronen sowohl bei Insekten als auch bei Wirbeltieren aktiv am Lernen und Auswendiglernen von Prozessen beteiligt sind. Die aSP13-Neuronen senden "lernende" Dopaminsignale an die Pilzkörper, wo sich die höchsten assoziativen Zentren des Insektengehirns befinden. Die Pilzzellen nehmen diese Signale mit Hilfe der Dopaminrezeptoren DopR1 wahr.

Schema des neuronalen Netzwerkes, das Informationen über die pVomone cVA verarbeitet (siehe auch das Diagramm in der Anmerkung "Neuronen, die für die Unterschiede zwischen männlichem Verhalten und weiblichem Verhalten verantwortlich sind", "Elemente", 08.12.2010). DA1 PNs – eine Gruppe von olfaktorischen Neuronen, die in dem oben genannten Artikel beschrieben ist. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Natur

Damit der männliche Verlierer lernt, Jungfrauen zu bevorzugen, ist die koordinierte Arbeit aller Komponenten des neuronalen Netzwerks notwendig. Die aSP13- und MBγ-Neuronen sollten normal funktionieren (die sogenannten Neuronen von Pilzkörpern, die Signale von aSP13 empfangen); olfaktorische Neuronen,perzeptives Pheromon cVA; Mit den Rezeptoren Or67d und DopR1 sollte alles in Ordnung sein. Das Versagen einer dieser Komponenten beraubt Männer der Fähigkeit zu dieser Art von Training. Solche Männchen bleiben unleserlich und kümmern sich um alle Weibchen in Folge, unabhängig von ihrer Lebenserfahrung. Wenn ein naives Männchen die aSP13-Neuronen künstlich aktiviert, dann reicht es ihm, wie ein erfahrener Verlierer, Jungfrauen zu bevorzugen. Natürlich müssen in diesem neuralen Netzwerk zusätzlich zu den von den Autoren identifizierten Komponenten andere vorhanden sein. Zum Beispiel ist noch nicht klar, woher und wie Information über einen Liebesfehler in das System gelangt (es ist diese Information, die offensichtlich zur aSP13-Erregung führen sollte).

Die Forschung ist ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, wie selbstlernende Verhaltensalgorithmen auf neuraler Ebene im Gehirn kodiert werden können.

Quelle: Krystyna Keleman, Eleftheria Vrontou, Sebastian Krüttner, Jai Y. Yu, Amina Kurtovic-Kozaric, Barry J. Dickson. Dopaminneuronen modulieren Pheromonreaktionen in Drosophila Balz lernen // Natur. 2012. V. 489. P. 145-149.

Siehe auch:
1) Neuronen, die für die Unterschiede zwischen männlichem und weiblichem Verhalten verantwortlich sind, wurden gefunden, "Elements", 12.08.2010.
2) Nahrungsmittelgeruchsrezeptoren lösen Werbung in Drosophila, Elementen, am 14.10.2011 aus.
3) Pheromone ziehen nicht an, aber lassen Sie denken, "Elemente", 19.10.2009.

Alexander Markow


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