Новое исследование, опубликованное подразделением Neuronal Mechanism for Critical Period Unit в Окинавском институте науки и технологий аспирантуры (OIST), показало эффективность хемогенетического ингибирования, используемого для подавления нейронной активности, а также интересные результаты о том, как вокализация контролируется с помощью этого метода. в зебровых зябликах. Исследование, проведенное профессором Йоко Язаки-Сугияма и доктором. Син Янагихара из OIST был разработан в сотрудничестве с учеными из Международного института интегративной медицины сна в Университете Цукуба и отдела медицины сна в Гарвардском университете и показывает, что разные области мозга управляют уникальными аспектами вокализации.
Исследование показало, что из-за подавления нейронов в аркопаллии, области мозга, которая, как известно, отвечает за генерацию песен, песни зебровых зябликов становятся беспорядочными и неполными. Предыдущие исследования, в которых использовались микроповреждения в этой области мозга, показали снижение способности петь почти все компоненты песни. Однако метод хемогенетического торможения показал, что песня была ослаблена только в определенных частях, и только некоторые слоги были затронуты или отсутствовали. Затронутые слоги различались от птицы к птице, однако порядок слогов не изменился. Это говорит о том, что изучаемая часть мозга, аркопаллий, контролирует состав акустической структуры песен, а не их порядок или время. Он также продемонстрировал, насколько точным может быть этот метод подавления нейронов при определении функции очень небольших групп нейронов.
Как и в случае с человеческой речью, вокализацию можно определить как серию двигательных паттернов или скоординированный набор движений, включающих как рефлекторные, так и произвольные действия. Создание определенных акустических паттернов требует хорошо скоординированной нейронной схемы. Идентификация того, какая группа нейронов отвечает за конкретное действие или реакцию, является сложной задачей, поскольку сканирование мозга, такое как функциональная магнитно-резонансная томография, фМРТ, может дать лишь очень много деталей. Проф. Язаки-Сугияма объясняет, "Несмотря на то, что мы знаем, какие общие области функционируют во время определенных задач или поведения, мы не знаем, сколько нейронов в этой области на самом деле работает. В некоторых случаях даже 5% изменение активности нейронов может иметь эффект." Новые методы более детального изучения функций мозга, такие как хемогенетическое торможение, были усовершенствованы и приобрели популярность в научном сообществе за последние десять лет.
Этот метод ранее применялся к мышам в качестве модельного животного, и было продемонстрировано, что он столь же эффективен и у зебровых амадин. Хемогенетический метод использует генетические манипуляции, чтобы сделать нейроны чувствительными к выбранным химическим веществам или лекарствам. После модификации нейронов можно вводить заранее определенное лекарство, чтобы временно деактивировать эти недавно чувствительные нейроны. Ранее одним из немногих других методов блокирования нейронной активности было создание микроповреждений в частях мозга, где почти все нейроны необратимо повреждены или убиты. Методика, реализованная проф. Ядзаки-Сугияма находится на уровне нейронов и является временным процессом, затрагивающим только подмножества нейронов. Способность зяблика к пению восстанавливается в течение нескольких часов после того, как действие препарата прекратилось.
Зебровые зяблики использовались в качестве модели, потому что ученые хорошо понимают их поведение, модели песен и анатомию мозга. Проф. Ядзаки-Сугияма хотел определить, какую роль играет определенный набор нейронов в области мозга, которая, как известно, играет роль в композиции песни зяблика, используя хемогенетические методы. За зябликами внимательно наблюдали, и образцы их песен записывались и анализировались с подавлением нейронов и без них. Поскольку действие лекарств носит временный характер и является гораздо более точным, данные проф. Ядзаки-Сугияма смог собрать гораздо более подробный взгляд на то, как уникальные нейроны координируются для создания вокализации.
Сами результаты не только интересны, но и служат доказательством того, что союз между этой усовершенствованной техникой и хорошо изученным модельным животным в науке может предложить больше для будущих исследований. Проф. Ядзаки-Сугияма добавляет "сама техника является причинной. Поэтому, если вы хотите узнать подробности того, как функционирует общая область мозга, вы можете использовать это, чтобы заглушить активность там, а затем увидеть изменение поведения, вызванное замалчиванием. Вдобавок ко всему, одним из лучших достоинств этого является то, что он также обратим, а это означает, что мы можем более тщательно следить за дальнейшими действиями в будущих исследованиях."