Понимание того, как певчие птицы учатся петь, дает многообещающие сведения о нарушениях речи у человека и может привести к новым способам их лечения, согласно новому исследованию, опубликованному в журнале eLife.
Существует около 9 000 видов птиц, около половины из которых певчие. Когда эти птицы поют, активность основного гена, называемого FoxP2, снижается в ключевой области мозга, отвечающей за контроль голоса, известной как область X. Снижение активности FoxP2 приводит к изменениям в активности тысяч других генов.
FoxP2 также играет важную роль в речи человека. Стефани Уайт, профессор интегративной биологии и физиологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и старший автор исследования, считает, что FoxP2 и вызываемые им изменения могут быть частью молекулярной основы обучения вокалу. Как у людей, так и у птиц клетки обрабатывают этот ген таким образом, что вырабатывается как полноразмерный белок, так и более короткая версия белка. Длинная версия регулирует другие гены; что делает короткая версия, остается загадкой. Люди с мутацией в длинной версии имеют проблемы с речью.
Чтобы предотвратить это снижение в Зоне X, исследовательская группа Уайта использовала методы, подобные генной терапии человека, чтобы внедрить версию FoxP2 в самцов зебровых зябликов. После этого, когда птицы пели, уровень FoxP2 не снижался, а оставался высоким. Это отключение уровней FoxP2 от пения птиц нарушило их способность к обучению песням.
«В некотором смысле, это может быть молекулярная версия «практика делает совершенным», и почему нужно повторять двигательные навыки снова и снова, чтобы выучить их, а не просто чтобы кто-то сказал вам», - сказал Уайт.
Разработано мало методов лечения нарушений речи, сказал Уайт, потому что ученые плохо понимают молекулярную основу голосового общения. Результаты этого исследования могут привести к созданию новых методов лечения проблем с речью у людей, включая детей с аутизмом и людей с мутировавшими версиями FoxP2. Уайт интересуется человеческим поведением, но говорит, что людей трудно изучать на клеточном и синаптическом уровне.
Путем проб и ошибок в критический период у птиц вырабатывается песня, подходящая для ухаживания. У певчих птиц, как и у людей, есть критический период в молодости, когда они лучше всего осваивают навыки голосового общения. У птиц это когда они учат песню, которую они будут использовать в дальнейшей жизни в качестве песни ухаживания. У людей именно в это время легче всего усваиваются языковые навыки. По окончании этого критического периода людям труднее учить языки, а некоторым видам птиц - свои песни. Самцы зебровых вьюрков учатся петь брачные песни в период от 35 до 100 дней после вылупления.
Уайт и ее коллеги решили определить, как FoxP2 влияет на тысячи других генов у зебровых вьюрков до и после окончания критического периода обучения.
«Мы обнаружили наборы генов у молодых птиц, уровни которых меняются, когда они поют, и связаны с обучением», - сказал Уайт, который также является членом Института исследования мозга Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Эти паттерны исчезают у старых птиц. Многие из этих генов необходимы для развития речи человека».
Исследователи обнаружили, что применение методов, подобных генной терапии, к длинной версии FoxP2 нарушило процесс обучения. К их удивлению, применение методов к короткой версии не помогло. Вместо этого это привело к песням с меньшими вариациями между исполнениями.
«Мы определили сети генов, участвующих в критическом периоде обучения вокалу, включая гены, связанные с человеческой речью», - сказал Уайт.«Фармакологическое воздействие на эти пути может привести к разработке новых лекарств для лечения коммуникативных нарушений у людей».
Ученые изучили тысячи генов в Зоне X, которые являются важной частью схемы пения птиц. (Область X расположена в базальных ганглиях самца вьюрка, под корой головного мозга.)
Эти гены в области X изменяются скоординированным образом, подобно оркестру, которым руководит дирижер, с FoxP2 в качестве дирижера, сказал Уайт.
«Дело не в том, что все гены (или музыканты) стали громкими или тихими; они меняются скоординированным образом», - сказал Уайт. «Мы называем их «наборами генов», и один из этих наборов генов тесно связан с обучением у молодых птиц».