Изучая песни мышей из облачных лесов Коста-Рики, исследователи обнаружили в мозгу цепь, которая может обеспечивать высокоскоростную переписку.
Самцы изучаемого вида, поющая мышь Алстона (Scotinomys teguina), воспроизводят песни, содержащие почти сотню слышимых нот. По словам авторов исследования, они бросают вызов конкурентам, по очереди поют, чередуя друг друга, как говорящие люди. Напротив, стандартные лабораторные мыши издают ультразвуковые звуки без явного обмена.
Таким образом, новое исследование, проведенное учеными из Медицинской школы Нью-Йоркского университета, открывает новую область, используя новую модель млекопитающих для изучения мозговых механизмов, лежащих в основе точности словесного чередования с точностью до доли секунды.
«Наша работа прямо демонстрирует, что область мозга, называемая моторной корой, необходима как для речевого взаимодействия этих мышей, так и для людей», - говорит старший автор исследования Майкл Лонг, доктор философии, адъюнкт-профессор нейробиологии в Школе Нью-Йоркского университета. Медицина.
Нам необходимо понять, как наш мозг мгновенно генерирует вербальные ответы, используя почти сотню мышц, если мы хотим разработать новые методы лечения многих американцев, у которых этот процесс не удался, часто из-за таких заболеваний, как аутизм или травматические события., как инсульт», - говорит Лонг.
Исследование, опубликованное 1 марта в качестве статьи на обложке журнала Science, показало, что, наряду с областями мозга, которые сообщают мышцам о создании заметок, отдельные цепи в моторной коре обеспечивают быстрые старты и остановки, формирующие диалог между вокальные партнеры.
«Разделяя цепи производства звука и схемы управления, эволюция снабдила мозг поющих мышей жестким голосовым контролем, который также наблюдается при обмене крикетами, дуэтах птиц и, возможно, при человеческом обсуждении», - добавляет соавтор исследования Аркаруп. Банерджи, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Лонга.
Несмотря на повсеместное распространение голосовых обменов в естественном мире, говорит он, в нейробиологии нет подходящих моделей млекопитающих для их изучения. До нового отчета ведущей моделью для изучения этого движения вперед-назад была мартышка, примат, чьи разговорные обороты значительно медленнее, чем человеческая речь, и вряд ли являются результатом быстрого мышечного ответа на сенсорные сигналы (например, двигательные корковые схемы)..
Социальные песни Разные
Исследовательская группа обнаружила, что песни S. teguina - серии нот, которые предсказуемо меняются по ходу песни - менялись в социальных ситуациях, поскольку мышам приходилось «сгибать и ломать песни», чтобы разговаривать. Тесная связь между паттернами песен и показаниями электромиографии, которая улавливает электрические сигналы, когда мозг генерирует мышечные сокращения, позволила команде определить взаимосвязь между мозговыми центрами и мускулатурой песни, в то время как две мыши координировали свои реакции.
В отличие от результатов прошлых исследований, исследователи обнаружили, что функциональная «горячая точка», расположенная в передней части моторной коры с одной стороны, - орофациальная моторная кора или OMC - регулирует ритм песни.
Чтобы изучить вклад этих специализированных мозговых цепей в социальное пение, команда воздействовала на области коры головного мозга у мышей, используя ряд методов, в том числе устройства, которые охлаждали OMC во время песен. Лонг помог разработать технику охлаждения при изучении цепей человеческого мозга, связанных с речью.
Называемый фокальным охлаждением, это безопасный способ замедлить темп вокализации без изменения высоты тона, тона или продолжительности отдельных нот, говорят авторы исследования. Они утверждают, что наблюдаемое функциональное разделение в мозге между функциями генерации звука и временными функциями, эта иерархия делает возможным социально значимый обмен.
Двигаясь вперед, исследователи уже используют свою модель мыши, чтобы направлять соответствующие исследования речевых цепей в человеческом мозгу. Понимая деятельность, которая помогает задействовать два мозга в разговоре, они могут искать процессы, которые идут наперекосяк, когда болезнь мешает общению, что может стимулировать разработку новых методов лечения многих расстройств.
Наряду с Лонгом авторами исследования из Института неврологии Нью-Йоркского университета и факультета отоларингологии Медицинской школы Нью-Йоркского университета были соавторы Аркаруп Банерджи и Дэниел Окоби-младший, а также Эндрю Мэтисон. Работа была выполнена в сотрудничестве со Стивеном Фелпсом, доктором философии, директором Центра изучения мозга, поведения и эволюции Техасского университета в Остине, чья лаборатория стала пионером в изучении поющей мыши в лаборатории и в полевых условиях. Некоторые из авторов также являются членами Центра нейронных наук Нью-Йоркского университета.