Drosophila’da sayısal ayrımcılığın sanatsal temsili. Kredi: Mercedes Bengochea, Maria Ines Oviedo
Paris Beyin Enstitüsü’nde yapılan bir çalışmada, meyve sinekleri daha büyük miktarları tercih ederek ve net oranlara dayalı olarak miktarlar arasında ayrım yaparak sayısal hassasiyet gösterdi. LC11 nöronlarının bu becerideki kritik rolü, böceklerin bilişsel yetenekleri ve bunların insan beyni işlevini anlamadaki önemi vurgulanarak tanımlandı.
Hayvanlar dünyasında, bir sayı öğrenmenize gerek yoktur. Sayabilmek için yaygın olarak kullandığımız on haneli Hint-Arap sistemi gibi. Hayvanlar, karar vermek için sürekli olarak çevrelerinden gelen sayısal bilgileri kullanırlar. Çatışmaya girmeden önce rakip bir gruptaki türdeşlerin sayısını, ulaşılması zor bir yerde bulunan yiyecek miktarını veya yeni bir bölgedeki potansiyel cinsel partner sayısını tahmin etmek, hayatta kalmak ve üremek için gereklidir. Bu beceri şaşırtıcı bir incelik düzeyine ulaşabilir; örneğin, belirli karınca türleri, bir hedefe ulaşmak için gereken adım sayısını tahmin ederek çölde yönlerini bulurlar.
Hayvanların Sayısal Duyarlılığı ve Sinir Bağıntıları
“Sayısal duyarlılık, yani Miktarlarla ilgili bilgileri algılama yeteneği birçok omurgalı ve omurgasızda mevcuttur. Bassem Hassan’ın Paris Beyin Enstitüsü’ndeki ekibinde doktora sonrası araştırmacı olan Mercedes Bengochea, primatlarda, kuşlarda, amfibilerde, balıklarda ve arılarda belgelendiğini açıklıyor. Bir, iki, birkaç ve çok arasında ayrım yapmak için sayıları numaralandırmanıza gerek yok! Ancak, bu beceriye hangi nöronal devrelerin dahil olduğunu bilmiyorduk.”
Bu soruyu araştırmak için araştırmacıların, sayısal bir görev sırasında bir hayvanın beyin aktivitesini kaydetmesi ve ardından belirli nöral hücreleri etkinleştirip devre dışı bırakması gerekir. Beynin hangi bölgelerinin dahil olduğunu belirleyin. Bu operasyonları omurgalılar üzerinde gerçekleştirmek zordur, ancak meyve sineklerinde doğru aletler zaten mevcuttur. “Drosophila melanogaster, bilişi incelemek için tercih edilen bir modeldir. Araştırmacı, bu böceklerin bir tehdit karşısında davranışlarını, yardım edebilecek diğer sineklerin sayısına göre ayarladığını ekliyor. Yaklaşan bir tehlike durumunda, grubun boyutu ne kadar küçük olursa, güvende kalmak için donma olasılığı o kadar artar.”
Meyve Sineklerinin Sayısal Algısı: Bir Keşif
meyve sinekleri sayıları doğru bir şekilde değerlendirebilir ve algılanan miktarlara değer atayabilir, Mercedes Bengochea ve meslektaşları alaka düzeyini çoktan kanıtlamış deneysel bir ortam kullandılar. Sinekleri, görsel uyaranlara maruz kaldıkları “Buridan arenaları” adı verilen arenalara yerleştirdiler: bu durumda, iki set nesne. Araştırmacılar daha sonra, her iki seti incelemek için harcadıkları zamanı ölçerek böceklerin hangi uyaranı tercih ettiğini belirlediler.
Elde ettikleri sonuçlar, meyve sineklerinin, üç nesne içeren setin yakınında, yalnızca bir nesne içeren sete göre daha uzun süre kaldığını gösteriyor. nesnelerin boyutu veya set tarafından işgal edilen toplam hacim. Daha büyük miktarlar için bu tat, böcekler 2 veya 4 nesne ve 2 veya 3 nesne grupları arasında seçim yapmak zorunda kaldığında korunmuştur. Mercedes Bengochea, “Ancak sinekler sırasıyla 3 ve 4 nesneden oluşan kümeler arasında ayrım yapamadı” diye açıklıyor. Görünüşe göre bu iki sayı arasındaki oran farkı algılamaları için yeterli değil. Öte yandan, 4 kişilik bir grup ile 8 nesneden oluşan bir grubu çok kolay bir şekilde karşılaştırabilirler – bu, basitin ikiye katlanma oranıdır”. Bu nedenle, meyve sinekleri 3’e kadar saymakla sınırlı değildir: Değerlendirilen miktarlar arasındaki oran, algılanabilecek kadar net olmalıdır.
Oranları Değerlendirme: Yaygın Bir Hayvan Becerisi
İki miktarı karşılaştırmak, insanlar da dahil olmak üzere birçok hayvanda ortak olan basit bir görsel görev. Tek bir seferde sayılamayacak kadar çok kişinin bulunduğu bir konserdeki kalabalık gibi büyük bir grubun büyüklüğünü bir bakışta tahmin etmemize yardımcı olur.
İlgili Sinir Devrelerini Belirleme
Drosophila’daki bu sayısal ayrım sistemine hangi nöral devrelerin dahil olduğu henüz belirlenmemiştir. Bunu yapmak için araştırmacılar, sinapslarda sinir sinyallerinin iletilmesini önleyerek, böceklerin beyinlerinin farklı alanlarını art arda “kapattı”. Birkaç testten sonra, optik lobda bulunan bir nöron sütunu olan LC11 nöronlarının (lobüler sütunlu nöronlar 11 için) aktivitesinin, sineklerin farklı nesne gruplarını ayırt etmesi için gerekli olduğunu gözlemlediler.
“Bir ikinci deneyde, basit bir şartlandırma yöntemi kullanarak böceklere büyük sayılar için doğal eğilimlerine karşı gelmelerini öğrettik: Araştırmacı, en küçük nesne gruplarının yanına iştah açıcı bir dozda şeker yerleştirildi, diye ekliyor. Bir an için yemeğin cazibesi sayesinde küçük sayıları tercih etmelerini sağladık. Ancak LC11’ler etkisiz hale getirildikten sonra, böcekler artık büyük veya küçük miktarları tercih etmiyorlardı. Bu, bu nöronların, meyve sineklerinin kendilerine atadığı değer ne olursa olsun, miktarları karşılaştırmak için gerekli olduğunu doğruluyor.”
LC11’ler ayrıca meyve sineklerinin sosyal davranışında yer alır: böceklerin savunma stratejilerini uyarlaması gerektiğinde etkinleştirilirler. yakınlarda uçan türdeşlerin sayısına göre. “Beyin Geliştirme” ekibinin başkanı Bassem Hassan, “Miktarları değerlendirme yeteneğinin omurgasızların evriminde belirleyici olduğuna inanıyoruz” diye açıklıyor. Böceklerin ‘saymak’ için kullandıkları bilişsel çözümler çok basittir. Çeşitli araştırmalar, hesaplamalı bir modelde, sayısal bir görevi gerçekleştirmek için birkaç yapay nöronun yeterli olduğunu göstermiştir.”
Sinekler, muhasebemizi yapmamıza asla yardımcı olmaz. Bununla birlikte, diğer böcekler gibi, biz de genellikle onların bilişsel yeteneklerini ve sosyal davranışlarının inceliklerini hafife alma eğilimindeyiz. Bu daha da üzücü bir hata çünkü onlar olmasaydı insan beynine ilişkin anlayışımız son derece sınırlı kalacaktı.
Referans: “Drosophila melanogaster’da sayısal ayrımcılık”, yazan Mercedes Bengochea, Jacobo D. Sitt, Veronique Izard, Thomas Preat, Laurent Cohen ve Bassem A. Hassan, 14 Temmuz 2023, Hücre Raporları.
DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112772