Дата публикации: 16 марта 2020 г.

Американский университет Бейрута: ученые приблизились к пониманию человеческого мозга изучая брачные песни певчих птиц

Сможем ли мы когда-нибудь полностью понять клетки мозга и процесс обучения у людей? Мы знаем, что человеческий мозг содержит более 80 миллиардов нейронов, каждый из которых химически и электрически связан с 10 000 других, что приводит к созданию самой сложной в мире сети.

Но как именно это работает? Как воспоминания хранятся в нашем мозгу? Как мы изучаем разные языки и игру на музыкальных инструментах? Это вопросы, с которыми ученые все еще сталкиваются, и стремление понять, как обучение и память работают в мозге, остается одним из самых сложных задач нейробиологии. Несмотря на некоторые значительные достижения в этом направлении, у нас все еще нет ответов на большинство, если не на все из них.

Исследование, проведенное доктором наук Арием Дау (Arij Daou), доцентом факультета инженерии и архитектуры Maroun Semaan Faculty of Engineering and Architecture Американского университета в Бейруте American University of Beirut, и доктором Даном Марголиашем (Dan Margoliash), нейробиологом из Чикагского университета, приблизило нас на один шаг к пониманию как работает память в человеческом мозге. Статья об исследовании опубликована в журнале Nature Communications. 

Хотя общепринятая концепция «синаптической пластичности» считается клеточным коррелятом обучения и памяти, эта теория не может объяснить большой набор вопросов о природе памяти и механизмах обучения. В исследовании, проведенном А. Дау и Д.Марголиашом, использовались брачные песни зебрового зяблика – зебровой амадины (Taeniopygia guttata, птица семейства вьюрковых ткачиков), чтобы показать, как внутренние (а не синаптические) свойства нейронов тесно связаны с процессом обучения. Исследование затрагивает основы обучения и памяти у видов, которые имеют мозг и память, и способны учиться.

«Певчая птица - лучшая система для этого исследования, потому что эти виды учатся разговаривать у своих родителей почти так же, как люди учатся говорить со своими родителями», - сказал Дау. «Сходство между людьми и певчими птицами в вокальном общении удивительно».

В этом исследовании песни зебр-зябликов записывались ежедневно, а их вокализации анализировались с помощью специального программного обеспечения, которое извлекает различные особенности их звуков, такие как амплитуда, высота и частотная модуляция. Эти вышеупомянутые особенности не являются врожденными у певчих птиц, а скорее изучаются в процессе жизни. По словам Ария Дау, «птицы, которых учил один и тот же воспитатель или родитель, имели не только очень похожие песни, но и поразительно похожие внутренние свойства клеток. Братья и сестры, которые узнали от своего отца одну и ту же песню, обладали одинаковыми внутренними свойствами своих нейронов». Это первый результат, который сильно и напрямую связывает клеточные свойства в "коре" певчих птиц с изменениями и показателями поведения.

Записав песни разных групп птиц, исследователи затем использовали математическую модель для подбора собранных внутриклеточных данных к параметрам модели, а затем использовали модель, чтобы сравнить, как меняются внутренние свойства этих птиц, демонстрируя поразительную однородность внутри птицы и неоднородность между птицами, которые были тесно связаны с сходством в песнях между птицами.

Вокальный контроль и обучение критически зависят от слуховой обратной связи как у певчих птиц, так и у людей. Чтобы проверить это, Дау вживил пьезоэлектрические акселерометры в черепа певчих птиц, чтобы вызвать непрерывную задержку слуховой обратной связи (cDAF), метод, который, как известно, вызывает заикание у людей, а также у певчих птиц. Это привело к тому, что птицы изменили свою композицию песни таким образом, который был очень похож на заикание у людей. «Используя эту технику, мы можем изменить вокализации у птиц и вызвать заикание посредством экспериментальных манипуляций», - продолжает Дау. Было удивительно видеть, что сходство внутренних свойств быстро ухудшалось после воздействия cDAF, впервые намекая на нервную основу заикания.

Социальные сигналы модулируют поведение коммуникативного поведения у певчих птиц, а также у людей, и такие изменения могут сделать коммуникационный сигнал более заметным. Например, зяблики мужского пола, как известно, поют лучшие мелодичные и наиболее сложные песни, чтобы привлечь внимание самки для спаривания. Когда зяблик поет брачные песни, мозг становится гораздо более «запутанным», в их песнях меньше «джиттера» (дрожания) и больше стереотипов.

В ходе исследования ученые также смогли выяснить, что определенные виды мышей также учатся посредством вокализации. Это означает, что мы можем, наконец, оказаться на грани того, что многие считают революцией в нашем понимании человеческой памяти и обучения.

А. Дау считает, что, следуя траектории развития, мы могли бы вмешаться, чтобы в первую очередь улучшить способность к обучению и память у людей, а затем, он надеется, также найти лекарство от заикания. Это помогло бы узнать, как слушание речи в юном возрасте позволяет нам формировать способ, которым мы слышим и говорим до конца нашей жизни, что является одним из основных научных интересов Дау, и это исследование ставит перед ним цель в понимании этих процессов.

«Наш следующий шаг - попытаться выяснить, следует ли обучение на мышах той же парадигме певчих птиц. Если это правда, это позволило бы нам изменить способ кодирования памяти способами, о которых мы никогда не мечтали», - закончил он.

Источник: aub.edu.lb

Гасанбекова Л. А. Оценка эффективности финансово-хозяйственной деятельности государственных унитарных предприятий Практическое пособие / Л. А. Гасанбекова, В. И. Никитина, Б. В. Сошников; под общ. науч. ред. канд. экон. наук О. А. Коробко. – М.: ФГБНУ «Аналитический центр» Минобрнауки России, 2019. – 49 с. (ISBN 978-5-904670-54-2). Доступна электронная версия печатного издания.

Вопросы контроля хозяйственной деятельности и финансового аудита, национальной безопасности, системного анализа и управления Сборник материалов III Всеросс. науч.-практ. конф., г. Москва, 29 декабря 2017. – М.: ФГБНУ «Аналитический центр» Минобрнауки России, 2018. – 200 с. (ISBN 978-5-904670-53-5). Доступна электронная версия печатного издания.

открыть полный список изданий Центра →