Mapowanie ptasich mózgów pomoże zrozumieć, w jaki sposób ptaki uczą się śpiewu
Sposób, w jaki ptaki śpiewające uczą się śpiewać, jest złożonym zachowaniem, wykazującym wiele podobieństw do sposobu, w jaki ludzie uczą się mowy i języka. Jednak nadal nie wiadomo, co dokładnie wtedy zachodzi. Zagadnienie to zbadano, zgłębiając zakamarki ptasich mózgów w ramach finansowanego przez UE projektu DESYNE. Projekt DESYNE miał na celu opisanie ultrastrukturalnych zmian zachodzących podczas nauki śpiewu w mózgu ptaków śpiewających. Skoncentrowano się na specyficznym obszarze kory przedruchowej mózgu ptaków śpiewających znanym jako region HVC(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Odgrywa on ważną rolę w procesie nauki melodii, gdyż jest zaangażowany zarówno w ich odbieranie, jak i odtwarzanie. Aby zrozumieć mechanizmy neuronalne związane z zapamiętywaniem melodii i następującym po tym wykształceniem melodii przez osobniki dorosłe, zespół projektu DESYNE mapował sieci połączeń synaps z obszarem HVC. Chodziło o to, by zbadać te połączenia i zrozumieć mechanizm procesu uczenia się melodii. Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Z technicznego punktu widzenia badania obwodów neuronalnych u ptaków śpiewających są bardzo wymagające, dlatego duży nacisk został położony na rozwój metod umożliwiających takie doświadczenia. W rezultacie dzięki projektowi powstała niesamowita, nowatorska technologia badania dokładnej struktury i funkcji poszczególnych elementów obwodów podczas nauki wokalizy”, wyjaśnia Daniel Düring, profesor w Instytucie neuroinformatyki(odnośnik otworzy się w nowym oknie) na Uniwersytecie w Zurychu. Badania te mogłyby mieć również w przyszłości znaczący wpływ na ludzi. „Zważywszy na wiele podobieństw między rozwojem zdolności mowy u człowieka a nauką śpiewu u ptaków, uważamy, że spostrzeżenia na temat struktury obwodu neuronalnego będzie można generalizować i odnieść do ludzi. Mogą nam one także pomóc w lepszym zrozumieniu i opracowaniu strategii leczenia neuropatologii związanych z mową”, mówi Richard Hahnloser(odnośnik otworzy się w nowym oknie), koordynator projektu DESYNE i profesor w Instytucie Neuroinformatyki.
Prosta melodia pociąga za sobą złożone zmiany w mózgu
Ptakami badanymi w ramach projektu były zeberki zwyczajne. „Melodia wyśpiewywane przez zeberki są dość proste i stereotypowe, a dzięki temu łatwiejsze do analizy niż melodie większości innych ptaków śpiewających. Podobnie jak niemowlęta, młode ptaki śpiewające uczą się kopiować swoją melodię od dorosłego nauczyciela”, dodaje Hahnloser. Aby odkryć i scharakteryzować zmiany strukturalne w mózgu ptaka niezbędne do nauki wokalizy, zespół porównał strukturę obszarów mózgu zaangażowanych zarówno w naukę, jak i w wyśpiewywanie melodii u ptaków, które albo miały możliwość słuchania melodii wyśpiewywanej przez nauczyciela, albo które nigdy nie usłyszały wzorca wokalnego.
Nowe narzędzia ujawniają tajemnicę uczenia się melodii przez ptaki
W celu zbadania struktury i funkcji poszczególnych elementów w sieci neuronów potrzebna jest metoda umożliwiająca wybiórczy dostęp do określonych typów komórek i ich identyfikację. Zwykle robi się to przy użyciu tzw. wektorów wirusowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), które do identyfikacji konkretnych komórek wykorzystują białka fluorescencyjne. Niestety, żaden z istniejących wektorów wirusowych nie nadawał się do wykorzystania u ptaków śpiewających, dlatego zespół projektu wytworzył własne wektory. „Dzięki temu projektowi oraz międzynarodowej współpracy między laboratoriami Politechniki Federalnej w Zurychu, Towarzystwem Maxa Plancka(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Niemczech i Uniwersytetem Tokijskim(odnośnik otworzy się w nowym oknie) byliśmy w stanie zaprojektować taki wektor wirusowy dla ptaków śpiewających, który, jak sądzimy, pomoże wielu innym laboratoriom w badaniach obwodów neuronalnych u ptaków śpiewających z niespotykaną szczegółowością i dokładnością”, zauważa Düring.
Wektor dla przyszłych badań
Zespół wykorzystuje teraz swoje dzieło, aby rozwijać badania w nowych kierunkach. „Używamy naszego wektora wirusowego do badania rozwoju strukturalnego konkretnej klasy neuronów projekcyjnych, a mianowicie tych, które łączą odpowiedzialny za wokalizę przedruchowy obszar HVC z obszarem przodomózgowia znanym jako obszar X”, mówi Düring. Ponadto zespół doskonali opracowane technologie, starając się uwzględnić sygnały markerów synaptycznych podczas obrazowania dużych objętości tkanki mózgowej.
Słowa kluczowe
DESYNE, ptak, mózg ptaków, melodia, ptak śpiewający, HVC, nauka wokalizy, zeberka zwyczajna, obwód neuronowy
