我们冻结了昆虫,以了解他们如何记住回家的路

我们的人类是通用且有成就的导航器,但是昆虫的导航技能可能会更好。对于他们来说,这实际上是生死攸关的问题 – 这就是为什么我们决定f

我们的人类是通用且有成就的导航器,但是昆虫的导航技能可能会更好。对于他们来说,这实际上是生死攸关的问题 – 这就是为什么我们决定冻结一些蚂蚁和甲虫(不用担心,他们仍然幸存下来),以更多地了解他们如何在郊游后记住回家的路。

他们的技能令人印象深刻。居住在撒哈拉盐锅中的蚂蚁可以持续超过一公里,这始终知道它们与巢穴相关的位置。该地形没有地标或其他特征来帮助蚂蚁认识到它们的位置。取而代之的是,类似于克里斯托弗·哥伦布(Christopher Columbus)和费迪南德·麦哲伦(Ferdinand Magellan)等伟大的探险家,蚂蚁将太阳在天空上的位置用作指南针及其自己的动作来估计距离。如果您知道自己离开家的方向和距离,则可以画一条指向它的线路。这使蚂蚁在找到食物后可以安全返回家园。

为了对这些非凡的昆虫做什么,考虑到一公里大约是蚂蚁身体长度的100,000倍。这相当于人类从纽约到华盛顿特区的人类,然后回来,始终知道正确的方向以及他们不使用地标必须走多远。

我们想进一步了解他们如何做到这一点。

昆虫大脑内部

得益于显微镜和遗传学方面的最新发展,科学家能够使不同的脑细胞发出不同的光颜色。这项巨大的成就使研究人员能够区分单个神经元,并解开它们如何在构成大脑的神经意大利面条中相互联系。

该技术已被用来查看昆虫的大脑如何跟踪其方向,并识别在昆虫移动时编码速度的大脑细胞。有了这些信息,它的大脑可以通过在旅行中不断增加其当前速度来计算其行驶的距离。昆虫的方向和距离都被其大脑中的神经元所编码的方向和距离,因为它远离巢穴。但是,这是如何存储在他们的记忆中,以便他们可以找到自己的路?

调查记忆

老实说,这是一个令人困惑的难题。快速移动的导航昆虫需要不断地更新他们对方向和距离的记忆,但可以记住几天。记忆的这两个方面 – 快速更新和持久 – 通常被认为是不兼容的,但昆虫似乎设法将它们结合在一起。

我们着手确切地调查昆虫如何在很长一段时间内记住不断更新记忆的方式 – 我们认为冻结昆虫是找到答案的最佳方法。我知道听起来很奇怪,但让我解释原因。

麻醉师知道,当某人进行麻醉时,他们会忘记麻醉前发生的某些事情,但请记住其他人,具体取决于这些记忆的存储方式。与昆虫麻醉最接近的事物是使它们冷却。当它们的温度降低到熔融温度(0ºC)时,大脑中的电活动停止,昆虫陷入昏迷。

如果将它们的方向和距离记忆保持为短期电活动,则将它们冷冻时将其删除 – 但是如果它们存储在神经元之间的突触中(如持久的记忆),它们将被维护。因此,我们捕获了蚂蚁甲虫远离巢,将它们冷却至融化的冰温(0ºC)30分钟。然后,我们将它们返回到环境温度,一旦它们恢复,我们就将它们放在一个陌生的地方,以查看它们会做什么。

通常,当这些昆虫在他们的家庭环境中陌生的地方释放时,如果它们不流离失所,他们将直接朝巢穴奔跑。那就是他们将与他们的正常路径平行,一旦他们走了预期的距离,他们就会开始寻找巢的入口。

但是我们发现,被冷冻的昆虫朝着预期的方向移动,但忘记了他们应该旅行的距离 – 这意味着他们开始过早寻找巢的入口。

最初令人困惑的是,在保留方向记忆时,距离内存恶化了 – 该结果并未产生我们所期望的短期(遗忘)和长期(保留的)内存之间的明显切实区别。但是我们认为,对该现象的最佳解释不是两个独立的记忆,而是一个共同的记忆,它既编码方向和距离的组合 – 又部分腐烂了。

这就是我们认为它有效的方式。

想象一下,您没有记住距离和方向(或角度),而是记住自己在X-y坐标中的位置,即我们在学校中学到的笛卡尔坐标系统。

然后,如果您失去了一些内存,则X和Y值都将减少,并假设您在两个轴上都失去了相似的内存,则最终会缩短距离,但距离较短,但角度仍然相同或方向。似乎昆虫一直在使用笛卡尔坐标系统在雷内·笛卡尔(RenéDescartes)正式化了这一概念之前就回家了。那有多酷?无论人类还是昆虫,我们都需要返回家园。学习昆虫大脑记住的方式将帮助我们了解人类的做法。

本文根据Creative Commons许可从对话中重新发布。阅读原始文章。

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