Пение птиц может помочь в изучении речевых расстройств у человека
Новое исследование учёных из UCLA и их коллег показало, что изучение пения зебровых амадин может дать ценную информацию о человеческих нарушениях речи, таких как заикание, а также об условиях, связанных с аутизмом и последствиями инсульта.
Ключевое открытие
Учёные обнаружили, что около 2000 генов в области мозга самца зебровой амадины, известной как "Area X", значительно связаны с пением. Более 1500 из этих генов в этом критически важном регионе певческой цепи идентифицированы впервые. Ранее та же группа учёных определила около 400 генов в Area X. Уровень экспрессии всех этих генов меняется, когда птица поёт.
"Мы не знали раньше, что все эти гены регулируются пением", — сказала Стефани Уайт, старший автор исследования.
Эти 2000 генов также присутствуют у людей и, вероятно, важны для человеческой речи. Исследование опубликовано в онлайн-издании журнала Neuron.
Метод и значение
Используя метод анализа, разработанный соавтором Стивом Хорватом, исследователи смогли увидеть, какие гены меняются вместе и связаны в сеть, выявив "гены-хабы" и их взаимодействия.
- Язык уникален для человека, но такие компоненты, как способность создавать новые звуки, есть и у певчих птиц.
- Зебровые амадины могут создавать новые звуки, используя те же гены, что и люди.
Самцы зебровых амадин учат брачную песню в возрасте от 35 до 100 дней после вылупления. Area X находится в базальных ганглиях самца. Только самцы обладают полным набором нейронных цепей для имитации звуков. У самок нет области, подобной Area X. Её нет и у людей.
"В вашем мозге я знаю, что базальные ганглии участвуют в речи, но я не знаю точно, какие клетки... Мы не можем сделать это у людей, но можем у зебровых амадин — и мы сделали", — пояснила Уайт.
Важные гены: FoxP2 и reelin
Особое значение имеют два гена:
- FoxP2 — "главный ген", управляющий многими другими генами, критически важен для человеческой речи и птичьего пения.
- Reelin — ген, который подозревается в связи с предрасположенностью к аутизму у людей (аутичные дети часто имеют языковые трудности).
"Никто никогда не думал, что reelin играет роль в вокализации. Теперь мы обнаружили, что он, вероятно, важен для вокального обучения", — отметила Уайт.
Исследование 2001 года показало, что единственная мутация в FoxP2 была у всех членов семьи в Англии с тяжёлым речевым расстройством на протяжении четырёх поколений.
Как поведение меняет мозг
Исследование подтверждает идею, что поведение влияет на экспрессию генов в мозге.
- Когда самец амадины поёт, количество FoxP2 в Area X dramatically decreases.
- Разные модели поведения активируют разные наборы (suites) генов.
В эксперименте 27 самцам дали петь в течение двух часов. Затем учёные изучили экспрессию генов в Area X (ответственной за пение) и в прилегающей ткани (ответственной за движения вроде полёта). Было проанализировано 20 000 генов.
"Одинаковый ли набор молекул повышается и понижается, когда птица поёт и когда прыгает? Ответ — нет, они очень разные", — сказала Уайт.
Общий уровень экспрессии генов в двух частях базальных ганглиев был удивительно схож. Различалась именно динамика их изменения относительно друг друга.
Будущие исследования
Лаборатория Уайт планирует дальнейшее изучение роли reelin у амадин и мышей, продолжит исследовать FoxP2, а также изучит сотни генов, которые меняются согласованно.
Исследование финансировалось National Institute of Mental Health (National Institutes of Health).