Elektriske fisk genererer elektriske impulser for at kommunikere med andre fisk og fornemme deres omgivelser. Nogle arter udsender kortere elektriske impulser, mens andre udsender lange. Men alt det zip-zapping i vandet kan blive forvirrende. Fiskene skal filtrere deres egne impulser fra, så de kan identificere eksterne beskeder og kun reagere på disse signaler.
En løsning på dette problem er en hjernefunktion, der kaldes en følgeudledning. Det er ligesom en negativ kopi af den originale besked - noget, der fortæller fisken: Ignorer dette.
Men et dyrs hjerne behøver ikke at blokere sensoriske input under hele beskeden for effektivt at ignorere sit eget signal, ifølge ny forskning fra biologer ved Washington University i St. Louis.
I stedet er det hæmmende signal - det opkald til at ignorere - forsinket hos fisk, der kommunikerer ved hjælp af længere elektriske impulser, sammenlignet med dem, der bruger kortere impulser.
"Hos fisk, der kommunikerer med længere pulser, er sensoriske reaktioner på deres egen puls forsinket," sagde Bruce Carlson, professor i biologi i kunst og videnskab. "Således blokerer en forsinket følgeudledning optim alt elektrosensoriske reaktioner på fiskens eget signal."
Carlson og Matasaburo Fukutomi, en postdoc-stipendiat i hans laboratorium, offentliggjorde deres nye forskning om afrikansk mormyrid svagt elektrisk fisk i Journal of Neuroscience.
En kort, veldefineret periode med inhibering forhindrer elektrisk fisk i at gå glip af andre vigtige eksterne signaler, sagde Carlson.
Time-shifted tune-out
Forskere har kendt til følgeudledninger siden 1950'erne. I de årtier, der er gået siden, er følgeudledninger blevet fundet i mange forskellige arter og sensoriske systemer, men det forblev ukendt, hvordan følgeudledninger blev ændret, efterhånden som kommunikationssignaler udviklede sig.
Tidligere arbejde med følgeudledning i elektriske fisk var blevet udført med arter, der kommunikerer ved hjælp af kortvarige elektriske impulser, dem, der varer mindre end 1 millisekund.
Til deres nye undersøgelse inkluderede Carlson og Fukutomi disse fisk og fem yderligere arter, der kommunikerer ved hjælp af elektriske impulser, der varierer i varighed fra 0,1 til 10 millisekunder.
"Vi fandt, at de sensoriske neuroner reagerer med spidser i et snævert tidsvindue uanset pulsvarighed," sagde Fukutomi. "Disse spidser forekom i en specifik del af den selvgenererede puls, den første top af pulsen. Derudover sammenlignede vi tidsforløbene mellem den korollære udledningshæmning og pulsen og fandt ud af, at den tidsforskydede hæmning overlappede den første peak. af den elektriske puls.
"Tidsforskudt hæmning er en rimelig ændring, fordi længerevarende hæmning ville resultere i en unødvendig lang ufølsom periode," sagde han. "Jeg er imponeret over, at der er en løsning, der giver mere mening i rigtige organismer, end vi måske havde forventet."
De nye resultater har bredere implikationer for forståelsen af hjernens udvikling.
"På trods af kompleksiteten af sensoriske og motoriske systemer, der arbejder sammen for at håndtere problemet med at adskille selvgenererede fra eksterne signaler, ser det ud til, at princippet er meget enkelt," sagde Carlson. "Systemerne taler med hinanden. På en eller anden måde tilpasser de sig til selv udbredte, dramatiske ændringer i signaler over korte perioder af evolutionær tid."
Som en del af den fortsatte forskning arbejder Carlson og Fukutomi på at udpege det sted i hjernekredsløbet, hvor forsinkelsen justeres, og hvordan denne justering foretages. De undersøger også, hvordan inhiberingsforsinkelsen ændrer sig over en fisks individuelle levetid.
Forskerne var også for nylig medforfatter til et nyt reviewpapir om elektriske fisks bidrag til studiet af følgeudledning i Frontiers in Integrative Neuroscience.
Selv om mennesker ikke er i stand til at generere elektriske felter, har forskning i følgeudladning i elektriske fisk givet indsigt, der er vigtig inden for lægevidenskab såvel som grundlæggende videnskab. Dysfunktion af følgeudledning kan f.eks. være relateret til psykiatriske sygdomme som skizofreni hos mennesker.
"Jeg elsker mærkelige væsner, inklusive elektriske fisk," sagde Fukutomi. "Vi kan kun føle elektricitet som smerte, men vi fornemmer aldrig elektricitet, som fisken gør.
"Overraskende nok deler elektrosensoriske systemer en masse generelle træk med andre sensoriske systemer," sagde han. "Jeg er meget spændt på at studere disse fisk."
