Исследование синаптических связей у зебровых амадинов: как мозг организует вокализации?
Исследование, опубликованное в виде рецензируемого препринта в журнале eLife, представляет собой значительный шаг вперед в понимании того, как мозг организует усвоенные вокализации, такие как пение птиц. Ученые сосредоточились на зебровых амадинах, чье пение является хорошо изученным примером естественно выученного поведения. Основное внимание было уделено премоторной области HVC, которая играет ключевую роль как в обучении песням в молодом возрасте, так и в их воспроизведении у взрослых птиц. Хотя основные пути, участвующие в управлении пением, были известны ранее, точные синаптические связи между различными областями мозга оставались малоизученными из-за технологических ограничений.
Ведущий автор исследования Массимо Трусел и его коллеги использовали оптимизированную версию оптогенетических карт цепей, чтобы манипулировать слуховыми и таламическими входами в область HVC и регистрировать активность нейронных цепей. Это позволило им проследить, как сенсорная и моторная информация интегрируются в цепях, ответственных за создание «песни».
Исследователи изучили, как входные сигналы от четырех основных сенсорных путей взаимодействуют с тремя ключевыми типами клеток HVC: нейронами HVC-RA, HVC-AV и HVC-X. Эти нейроны выполняют различные функции, такие как передача сигналов для контроля движений при пении, обработка слуховой обратной связи и обучение новым паттернам пения.
Результаты исследования показали, что HVC организован в высокоструктурированные нейронные модули, которые содержат как проекционные нейроны, так и ингибирующие интернейроны, работающие вместе в тесно связанных сетях. Это указывает на то, что HVC действует как центр для интеграции сенсорной и моторной информации, причем каждый тип проекционных нейронов получает входные данные, соответствующие их конкретной роли в обучении и создании песен. Например, нейроны HVC-RA отвечают за стабильное воспроизведение выученных песен, а нейроны HVC-X участвуют в обучении и изменении песни.
Кроме того, исследователи обнаружили ранее неизвестную связь между пресинаптическими партнерами HVC mMAN (медиальное крупноклеточное ядро переднего нидопаллия) и Av (ядро Avalanche). Это открытие предполагает, что mMAN, который ранее считался участвующим только в раннем обучении песне, может также играть роль в интеграции слуховой обратной связи с контролем движений, что позволяет молодым птицам точно настраивать свои песни по мере их развития.
Хотя исследование предоставляет важные новые данные о микросхеме HVC, оно имеет некоторые ограничения. Например, работа сосредоточена на нейронных связях у взрослых птиц, что оставляет пробелы в понимании функций обучения песне в процессе развития.
Тем не менее, исследование представляет собой наиболее подробную на сегодняшний день синаптическую карту соединений, которые позволяют птицам структурировать свои песни и совершенствовать вокальные навыки.
Использованный метод оптогенетического картирования открывает новые возможности для изучения других нейронных цепей, что может приблизить нас к пониманию того, как певчие птицы достигают своих замечательных способностей к вокальной имитации.
Более того, поскольку пение птиц и человеческая речь могут основываться на схожих мозговых цепях, это исследование может проложить путь к более глубокому пониманию того, как мозг поддерживает обучение и производство речи и языка у людей.