Петербургские зоологи связали современные представления об асимметрии мозга с классическими работами Николаса Тинбергена  и  Конрада Лоренца о ключевых стимулах.

Как поется в детской песенке, «без друзей меня чуть-чуть, а с друзьями много». Это знают не только дети, но и стайные рыбки, которым есть кого опасаться, а потому важно как можно быстрее распознать в приближающемся объекте не только хищника, чтобы спрятаться, но и своего собрата, рядом с которым уже не так страшно.

Ротан в аквариуме (aquaforum.ua).

То, что животные распознают объекты, которые как-то влияют на их жизнь, по ключевым признакам, показали нобелевские лауреаты 1973 года Конрад Лоренц и Николас Тинберген. Теория К. Лоренца предполагала наличие внешнего раздражителя, провоцирующего инстинктивное действие в ответ на раздражение. Эти раздражители получили название «ключевые», или «знаковые» стимулы, или «релизеры». В опытах с птенцами серебристых чаек, которым предъявляли модели клювов родителей с нанесёнными или отсутствующими на клюве красными пятнами, Н. Тинбергену удалось показать важность красного пятна на клюве для распознания птенцом макета и проявления пищевой реакции. Аналогичные результаты получены были и с самцами  трёхиглой колюшки, которые опознают соперников по красному брюшку. Предъявляемые рыбкам объекты могли быть любой формы, иметь или не иметь плавники, глаза и хвост, главное чтобы нижняя часть была красной, а верхняя серой, и этого самцу колюшки достаточно, чтобы узнать в модели своего сородича. Тогда и возникла идея, что животные опознают значимые для них объекты не по всем деталям, а по каким-то определенным признакам — окраске, силуэту, определенным звукам и др.

Аспиранты Санкт-Петербургского государственного университета Карина Каренина, Андрей Гилёв и их научный руководитель доцент кафедры зоологии позвоночных кандидат биологических наук Егор Малашичев решили выяснить, как именно возникает эта реакция.

Два полушария головного мозга работают по-разному. Одно, правое, работает быстро и может одновременно контролировать разные процессы, левое полушарие последовательно в своих действиях и потому работает медленнее, зато более обстоятельно. У социальных животных асимметрия мозга выражена сильнее, чем у одиночек по понятной причине — им нужно взаимодействовать с большим числом особей и уметь их отличать друг от друга. А информация в мозг поступает от глаз — в левое полушарие через правый, а в правое через левый. И хотя осуществление наиболее сложных, комплексных процессов является результатом работы обоих полушарий, их конкретные компоненты  обеспечиваются активностью разных полушарий мозга.

Поэтому логично предположить, что если животному нужно на что-то реагировать быстро — отличить безобидную корягу от хищника, распознать представителя своего вида или своего же родителя, то оно будет стараться держать их в поле зрения именно левого глаза.  Так ведут себя и стайные рыбки — все время перестраиваются, чтобы по возможности оказаться правее своих сородичей и особенно лидера стаи, т.е. рыбы, которая плывет первой.

Чтобы проверить связь работ Н. Тинбергена и современных представлений об асимметрии мозга, ученые взяли ротана — невзрачную рыбку без каких-либо особых примет, что называется, глазу зацепиться не за что: типичная для рыб вытянутая форма тела, тусклая серо-бурая окраска, полупрозрачные плавники и мало выделяющиеся на фоне головы глаза. В молодости рыбки ведут стайный образ жизни. Подрастая, они становятся хищниками, которые не брезгуют и своими младшими сородичами. Часто населяют водоемы, где являются единственными рыбами. Из такого места и были взяты подопытные экземпляры.

Поскольку ротан рассматривает появившийся в поле зрения объект левым глазом, то информация обрабатывается «быстрым» правым полушарием, и в случае наличия ключевого стимула опознание сородича происходит быстро. В опыте использовались рыбы, которые представителей других видов рыб никогда не встречали, а чтобы предъявляемая особь не была воспринята как хищник, рыбки были одинакового размера.

Опыты проходили так: аквариум был разделен стеклянной перегородкой. В одной половине находилась подопытная рыбка, а в другой предъявляемые ей объекты. Начали с предъявления сородичей — рыбка предпочитала держать их в поле зрения левого глаза.

Убедившись, что реакция на рыбу есть, стекло заменили на зеркало — тоже самое. Рыба узнает в своем отражении такую же рыбу и смотрит на нее по-прежнему левым глазом. Тогда экспериментаторы решили узнать, по каким признакам ротан понимает, что перед ним ротан.

Для этого были проведены контрольные опыты и установлено, что пустое пространство рыбы рассматривают и правым, и левым глазом одинаково. На абстрактный движущийся объект реагируют, но поняв, что это не сородич, интерес быстро теряют и одинаково часто смотрят на него то одним, то другим глазом. Дальше рыбе предъявили плоское изображение ротана — фотографию. Рыбки оживились и стали рассматривать их вновь левым глазом.

«Таким образом мы исключили из эксперимента те факты, что рыба вообще все рассматривает левым глазом и что ее привлекает главным образом движение. Тогда мы предположили, что главное в рыбе с точки зрения рыбы — это глаз. На фотографии рыбы глаз переместили с головы на хвост, и испытуемые рыбы стали больше внимания уделять хвосту, а не голове изображения», - рассказывает о ходе работы Егор Малашичев.

Чтобы окончательно убедиться в значимости глаз для ротана, в аквариум поместили одно лишь изображение рыбьего глаза в натуральную величину. И оказалось, что этого вполне достаточно чтобы испытуемая рыба опознала в нем своего сородича, то есть стала рассматривать левым глазом. «Видала я котов без улыбки, но улыбку без кота!»,  — говорила Алиса о встрече с Чеширским котом. А вот ротану достаточно одной «улыбки» чтобы понять, что перед ним «кот».

Ученые сделали такой вывод: система «левый глаз — правое полушарие» распознает социально значимые образы через ключевые стимулы. Таким образом, они связали современные представления об асимметрии мозга с теорией релизеров Лоренца-Тинбергена.

Оригинальная работа «Eye as a key element of conspecific image eliciting lateralized response in fish» была опубликована в журнале «Animal cognition».