Відповідь на питання Всеукраїнського студентського біологічного турніру: У фільмі «Аватар» представники корінного населення Пандори могли «під'єднуватися» до інших тварин за допомогою «хвоста». Якими механізмами може забезпечуватися передача інформації через таке з'єднання? Які особливості будови нервової системи можуть бути у організмів, що спілкуються таким чином?

1. “USB-хвіст”
NIGMA
Микитюк Василь

2. Сіамські близнюки краніопаги
• 1 на 2,5 млн – 6% випадків з усіх видів сіамських близнюків;
• Сенсорні відчуття однієї особини передаються іншій через
таламічний міст (Тетяна і Кріста Хогани, Канада);
• Подальші дослідження поки що не проводилися через юний вік
дівчаток

4. Формування “тсахейлу” – зв’язку між живими
організмами.
На’Ві використовували нейрокосу (тсвін) для:
- приборкання тварин;
- контроль рухової активності тварин під час їзди;
- відчуття світу сенсорними органами тварин;
- емоційний зв’язок при паруванні;
- двобічне під’єднання до біологічної пам’яті предків.
Джерела:
http://james-camerons-avatar.wikia.com/wiki/Queue
Фільм “Аватар”, Джеймс Кемерон

5. На’Ві Інший організм
Відсилання моторних команд Сприйняття моторних команд
Відсилання сигналу приборкання Приборкання
Відсилання емоційних реакцій Сприйняття емоційних реакцій
Відсилання емоційних реакційСприйняття емоційних реакцій
Сприйняття звукових, зорових,
тактильних, нюхових, смакових,
больових відчуттів
Сприйняття пам’яті
Відсилання сигналу приборкання
Відсилання моторних команд
Відсилання сигналу приборкання
Відсилання емоційних реакцій
Відсилання моторних команд
Відсилання сигналу приборкання
Сприйняття емоційних реакцій
Сприйняття звукових, зорових,
тактильних, нюхових, смакових,
больових відчуттів
Відсилання емоційних реакцій
Відсилання моторних команд
Відсилання сигналу приборкання
Відсилання звукових, зорових,
тактильних, нюхових, смакових,
больових відчуттів
Сприйняття пам’ятіВідсилання пам’яті
Відсилання пам’яті

6. Нейрокоса являє собою відгалуження нервової системи на рівні з’єднання
довгастого та спинного мозку. В ньому є як висхідні, так і низхідні провідні
пучки, які дозволяють тварині передавати та отримувати інформацію зі
структур головного мозку
Анатомія головного мозку На’Ві

7. Локальні нейронні механізми тсвіна
- ГАМК-ергічні нейрони та їх проекції;
* аксони та дендрити зображені
схематично, насправді рух імпульсу
двохсторонній

8. Загальні принципи будови та функціонування
нейрокоси
1. Зберігається топічний принцип організації: нервовий пучок, який
надходить від певної структури мозку тварини 1 передає імпульс на
відповідний йому чітко організований сприймаючий нервовий пучок
тварини 2
2. Інтенсивність сигналу задається частотою імпульсації
3. Обробка сигналу відсутня на шляху переміщення по нейрокосі
4. Можливі додаткові механізми захисту нервових закінчень тсвіну та
розпізнавання (час обмежений, тому можемо розглянути вже в
полеміці)

9. На’Ві Інший організм
Відсилання моторних команд Сприйняття моторних команд
Відсилання сигналу приборкання Приборкання
Відсилання емоційних реакцій Сприйняття емоційних реакцій
Відсилання емоційних реакційСприйняття емоційних реакцій
Сприйняття звукових, зорових,
тактильних, нюхових, смакових,
больових відчуттів
Сприйняття пам’яті
Відсилання сигналу приборкання
Відсилання моторних команд
Відсилання сигналу приборкання
Відсилання емоційних реакцій
Відсилання моторних команд
Відсилання сигналу приборкання
Сприйняття емоційних реакцій
Сприйняття звукових, зорових,
тактильних, нюхових, смакових,
больових відчуттів
Відсилання емоційних реакцій
Відсилання моторних команд
Відсилання сигналу приборкання
Відсилання звукових, зорових,
тактильних, нюхових, смакових,
больових відчуттів
Сприйняття пам’ятіВідсилання пам’яті
Відсилання пам’яті

10. Through
queue to
another
animal motor
cortex
- Площа первинної моторної кори в На’Ві
збільшена, оскільки наявні зони для
керування тілом іншої тварини;
- Деталізація рухових команд не є надто
високою, оскільки подальша обробка
здійснюється в мозку підпорядкованої
тварини;
- Зберігається топічний принцип
організації;
- Гальмівні сигнали до додаткової
моторної зони (SMA) для блокування
внутрішньо генерованих рухових команд
Розширена первинна
моторна
кора На’Ві
Низхідний
нервовий пучок
в нейрокосі На’Ві
Висхідний
нервовий пучок
в нейрокосі тварини
Первинна
моторна кора тварини

11. Сигнал надходить до моторної кори тварини, що підпорядковується і
передається по синапсу на нейрони V шару клітин (клітини Беца) та інші
пірамідальні нейрони цього шару
* - в моторній корі значно гірше розвинутий IV шар клітин (який
приймає сигнал із таламуса)

12. Загальний принцип для будь-якої сенсорної інформації
Сенсорний орган
тварини
Відповідне ядро
таламуса
Відповідна зона
кори
Передача через
нейрохвіст
Тварина 1
Висхідний хвосто-
таламічний шлях
Відповідне ядро
таламуса
Відповідна зона
кори
Тварина 2

13. Тварина-реципієнтТварина-сенсор
Передача сенсорної інформації на прикладі зорового стимулу

14. Сенсорна інформація Провідний шлях, Ядро таламуса (реле) Зона кори
Зорова Зоровий нерв (ІІ) Бічне колінчасте ядро
таламуса (lateral
geniculate nucleus)
Зорова кора
(потилична зона)
Слухова Присінково-
завитковий нерв (VIII)
Присереднє
колінчасте ядро
(Medial geniculate
nucleus)
Слухова кора
(скронева частка)
Смакова Лицевий,
язикоглотковий і
блукаючий нерви (VII,
IX, X )
Вентральне
постеріомедіальне
ядро (Ventral posterior
medial nucleus)
Смакова кора
(острівцева)
Нюхова Нюховий нерв (І) Mediodorsal thalamus,
Первинна нюхова
кора (зменшення
деталізації)
Первинна нюхова
кора
Пропріоцептивна
(дотик, тиск, біль,
температура)
Спинно-таламічні
шляхи, тонкий і
клиновидний пучки
Вентральне
постеріолатеральне
ядро (Ventral
posterolateral nucleus
of thalamus)
Соматосенсорна
кора,
Біль – острівець і
передня поясна кора
Сенсорна інформація і структури, звідки вона відправляється у тварини

15. Особливості передачі та обробки сенсорної інформації
1. Інформація від тварини є менш деталізованою
(втрачається при обробці в таламусі за рахунок
значно меншої кількості нейронів у алосенсорних
популяціях)
2. У корі кожної модальності представлені додаткові
алосенсорні зони. Що дозволяю На’Ві дискримінувати
свої та тваринні сенсорні відчуття
3. Механізм переключення уваги і робочої пам’яті
забезпечує ментальну навігацію по своїх/тваринних
відчуттях

16. Відсилання сигналу приборкання
- Інгібування ядер гіпоталамуса тварини периферичними нейронами
нейрокоси (ГАМК-ергічними)

17. - Інгібування ядер гіпоталамуса тварини периферичними нейронами
нейрокоси (ГАМК-ергічними)
Відсилання сигналу приборкання

18. - Стимуляція симпатичної нервової системи, виділення норадреналіну
(розширення зіниці) – активація поведінки “нападай або тікай”, з часом
стимуляція знижується
- ацетилхолінові проекції із периферичних нейронів коси в спинний
мозок, а саме симпатичну нервову систему

19. Гістамінергічна стимуляція певних популяцій нейронів
паравентрикулярного ядра гіпоталамуса – індукує виділення
окситоцину (у деяких тварин та інших На’Ві)

20. Russo&Nestler 2013
Відчуття задоволення, емоційної близькості та вірності – активація
дофамінергічних нейронів у вентральній області покришки (VTA)
глутаматергічними проекціями із орбітофронтальної кори

21. Задоволення і бажання викликаються різними структурами, тому присутні
сигнали опіоїдної природи із орбітофронтальної кори
Berridge et al. 2009

22. Фазова синхронізація в основі емоційних переживань
Орбітофронтальна
Кора
Гістамінергічні проекції
Ядра гіпоталамуса
Прилегле ядро,
Вентральна тегментальна
зона
Дофамінергічні і
опіоїдні проекції
Мигдалина,
гіпокампОрбітофронтальна
кора
Гістамінергічні
проекції
Ядра гіпоталамуса
Прилегле ядро,
Вентральна тегментальна
зона
Мигдалина,
гіпокамп
Дофамінергічні і
опіоїдні проекції
На’Ві 1 На’Ві 2

23. - Експліцитна пам’ять зберігається як функціональні нейронні ансамблі, що
розподілені по різних частинах мозку;
- Передача можлива лише за рахунок семантичного кодування.
Сенсорні зони кори
Підкіркова
структура –
палеогіпокамп
Підкіркова
структура –
палеогіпокамп
Сенсорні зони кори

24. Керування руховою активністю: Первинна моторна кора –
глутаматергічні проекції – первинна моторна кора
Передача сенсорних відчуттів: Сенсорне ядро таламуса –
глутаматергічні проекції – відповідне сенсорне ядро таламуса
Приборкання (пригнічення агресії): Периферичні клітини
нейрокоси – ГАМК-ергічні проекції – відповідні ядра гіпоталамуса
Приборкання (активація режиму “бій або втеча”): Периферичні
клітини коси – ацетилхолінові проекції – спинний мозок
(симпатичні центри)
Забезпечення вірності: Орбітофронтальна кора – гістамінергічні
проекції – нейрони паравентрикулярного ядра гіпоталамуса*
Емоційні переживання: Орбітофронтальна кора – дофамінергічні і
опіоїдні проекції – прилегле ядро і вентральна тегментальна зона
Пам’ять: Палеогіпокамп – глутаматергічні і ГАМК-ергічні проекції -
палеогіпокамп
Провідні шляхи нейрокоси
- Між На’Ві і
твариною
- Між На’Ві і
На’ві
- Між На’Ві і
Ейвою

25. Дякую за увагу!

26. Увага! Заборонена зона!
Запасні слайди
Без дозволу автора не заходити

27. Тварина-сенсорТварина-реципієнт
Передача сенсорної інформації на прикладі пропріорецепції

28. Механізми розпізнавання:
Загальне: активація розкриття нейрокоси під дією світла
(каналродопсин) та позитивний хемотаксис на
атрактанти, які виділяються іншою нейрокосою.
Специфічне: просторова відповідність між синаптичними
молекулярними комплексами аферентного і
еферентного волокна

29. Проблема передачі пам’яті