Како песната на славејот создава неусогласени ноти - разбирање на експерименти со животни
На Институтот за орнитологија Макс Планк во Севизен, невробиологот др. Даниела Валентин и нејзиниот тим на славејчиња. Фото: Др. Сузана Селтман (MPI орнитологија)
Како мозокот успева да овозможи комплексна комуникација помеѓу специфичностите? Невробиологот д-р. Даниела Валентин користејќи го примерот на виртуозните песни на славеите. Заедно со нејзината работна група, таа би сакала да ги искористи птиците песни за подобро разбирање на нервната основа за производство на интерактивна песна во мозокот.
Првично, тоа треба да го стори реномираниот Европски совет за истражување РКЕ одличен проект финансиран со 1,5 милиони евра ќе се спроведе на Слободниот универзитет во Берлин. Но, таму брзо стана политичко прашање. Како резултат, Даниела Валентин и нејзината работна група беа цел на екстремни противници на експерименти врз животни и интернет кампањи, па дури и мораа да преземат лична заштита. Невробиологот работи во Институтот за орнитологија Макс Планк во Севизен, Баварија, од 2019 година, каде што го спроведува својот истражувачки проект.
Во интервјуто, младата научничка ја објаснува позадината и практичното спроведување на истражувачкиот проект и зборува за тоа како се справува со јавната критика.
Што сакате со вашето истражување?
Д-р Даниела Валентин е невробиолог на Институтот за орнитологија Макс Планк во Севизен. Фото: Др. Сузана Селтман (MPI орнитологија)
Д-р Даниела Валентин: Без оглед на тоа дали возиме велосипеди, зборуваме, врзуваме чевли или свиркаме мелодија - многу вакви активности од секојдневието ни изгледаат природно и без напор. Дотолку повеќе е фасцинантно што моторните процеси потребни за ова прво мора да се научат со голем напор и многу вежбање пред тие да станат сигурен успех. Како учиме такви движења? И, како се менува нашиот мозок за да можеме да го чуваме и применуваме она што го научивме? Овие прашања ме инспирираат и ја поттикнуваат мојата истражувачка работа.
Исто така, би сакал да разберам подобро како успеваме да комуницираме со зборови, т.е. со звуци, поточно. Само помислете на последниот добар разговор што го водевте. Веројатно сте ја слушале личноста што ви зборува и истовремено сте смислиле одговор со кој реагиравте само неколку стотици милисекунди подоцна. Ако не се согласивте многу, можеби дури и ќе ја исечевте границата. И колку и да ви изгледа природно во моментот, оваа способност претставува неверојатно сложена моќ на мозокот. За жал, досега знаеме многу малку за тоа како нашиот мозок ја извршува оваа таканаречена гласовна комуникација, т.е. можноста да слушаме и да реагираме конкретно на штотуку слушнатото, контроли.
Зошто славеи?
Валентин: Најчесто славеат славеите за убавото пеење, особено фактот што пеат толку неизбежно пролетта скоро деноноќно, фасцинира многу луѓе. Вистинското ремек-дело, сепак, лежи некаде на друго место: мажјаците не само што почнуваат да пеат, туку комуницираат едни со други, нешто како човечки разговор. Машките славејчиња имаат репертоар до 200 различни строфи, кои можат да се комбинираат и да се пеат наизменично по потреба. Сепак, ова не се прави случајно како што тоа се случува со многу други видови птичји песни. Пејачите внимателно ги слушаат соседите - дури и додека пеат - и го вклучуваат пеењето од свој вид во нивното пеење - или дури се обидуваат да го направат тоа „подобро“. Иако оваа појава е одамна позната, на почетокот на овој проект мојата работна група беше толку импресионирана од ваквото однесување што поминавме многу ноќи слушајќи славеи во нивното природно опкружување, снимајќи ги и нивните „разговори“ па за да разбереме подобро.
Какви проблеми имаше?
Не бевме мета на емоции заради скандал или спроведување на неовластени експерименти, туку чисто затоа што сакаме да работиме со славејот. Како што реков, се разбира, ние не го избравме ова фасцинантно животно за нашето истражување по случаен избор, но со добра причина.
Кога станува збор за тестирање на животни воопшто, не сум изненаден од отпорот и делумно можам да го разберам. Експериментите врз животни, и покрај нивната строга регулација, секогаш се дискутираат критички, и тоа е во ред исто така. Она што ме изненади, сепак, е непропорционалниот начин на кој организациите со големина на Берлинското здружение за заштита на животни напаѓаат индивидуални луѓе без да им се даде можност да коментираат. Петицијата преку Интернет насочена против нас, на пример, не содржи никакви имиња или адреси за е-пошта, но фактот дека тие беа брзо додадени во коментари и затоа беа достапни за сите беше предвидлив и за жал доведе до огромни лични закани против мене и мојата работна група. Ова отиде толку далеку што минатата година 24-часовната лична заштита беше дури неопходна неколку недели со цел да се гарантира мојата безбедност и на моите вработени.
Што точно сакате да истражувате?
Во мозокот на птицата постои структура што е функционално споредлива со центарот за човечки јазик: т.н. премоторно јадро HVC. Фото: Др. Сузана Селтман (MPI орнитологија)
Валентин: Со помош на птици песни, мојата работна група и јас би сакале подобро да ги објасниме сложените нервни основи што се неопходни за учење пеење и производство на пеење.
Од човечкиот мозок знаеме дека таканаречениот премоторен кортекс, мозочен регион кој исто така вклучува центар за човечки јазици, е неопходен за да се произведе јазик. Како точно индивидуалните нервни клетки и мозочните области комуницираат за да се постигне тоа, во голема мера е непознато.
Во мозокот на птицата постои структура што е функционално споредлива со центарот за човечки јазик: т.н. премоторно јадро HVC. Неодамна, на пример, една студија покажа дека птиците пеат побавно ако овој регион на мозокот е специфично ладен. Истата студија беше спроведена на луѓе - пациенти со планирани операции на мозок кои доброволно се пријавија на овие тестови - со ист ист резултат: ладењето на јазичниот центар доведува до несвесно забавување на говорот!
Ова е еден од многуте докази дека основните нервни кола функционираат слично кај птиците и луѓето. Се разбира, мозокот на птицата не функционира точно како мозок на цицач од сите погледи, и ниту еден мозок на цицач не функционира точно како човечкиот мозок. Сепак, основните градежни блокови, т.е. индивидуалните нервни клетки, хемиските гласници и синапсите што се користат за формирање на нервни мрежи, се во голема мера исти. Значи, ако успеете да разберете процес како што птиците учат детално да пеат, квази „на ниво на индивидуални нервни клетки“, многу добро можете да донесете одредени заклучоци за другите животински видови, а со тоа и за луѓето.
Но, токму затоа што оваа интеракција помеѓу одделните нервни клетки и мозочните региони е толку сложена и затоа што не интересира само што прават индивидуалните нервни клетки сами по себе, туку и какво влијание има нивната активност врз целиот систем и на крајот врз однесувањето на животното сè уште треба да се потпреме на „инвазивни“ истражувања, т.е. истражувања на живи животни. Сепак, ова исто така значи дека можеме да постигнеме корисни резултати само ако животните се однесуваат што е можно понормално за време на експериментите. Ова работи само ако на животните им оди добро. Затоа, постојано се стремиме да ги оптимизираме нашите методи и да ги направиме експериментите што е можно помалку инвазивни и непријатни за животните. Ова исто така одговара на принципот 3Rs, особено рафинирање.
Како точно изгледаат овие експерименти?
Валентин: Откако ќе се изведат младите славејчиња, ние рачно ги воспитуваме младите. За време на фазата на учење, т.е. во текот на првите неколку недели по изведувањето, тогаш играме специјално избрани песни специфични за видовите што претходно ги снимивме за животните. На овој начин животните учат многу специфичен репертоар на пеење, кој ние точно го дефинираме. На овој начин знаеме што знаат и што можат и што не можат да сторат животните. По околу една година, кога животните почнуваат активно да пеат кога ќе достигнат репродуктивна возраст, таканаречениот микродрж е прикачен на главата на животното за време на кратка интервенција врз анестезираното животно. Ова е мал уред тежок 1,6 грама, помалку од паричка од 1 цент. Едноставната екстраполација на тежината во човечки услови, како што направија некои противници на експерименти врз животни, не е корисна тука: мравките, на пример, можат да носат многу пати поголема од нивната телесна тежина без никакви проблеми. Уредите Microdrive се развиени дури и за значително помали птици како зебра, а може да се носат и од славеите без никакви проблеми без ограничување на нивната слобода на движење или однесување.
Преку микроскопски отвор во черепот под микротрајкот, електрода тенка нафора може подоцна да се вметне од далечина и да се измери активноста на одделните нервни клетки додека славејот комуницира со другите членови на сопствениот вид и исто така пее. Таквото природно однесување бара многу висока благосостојба на животното. Вметнувањето на овие електроди, кои се 50 пати потенки од човечката коса, е целосно безболно за животните, бидејќи во самиот мозок нема рецептори за болка. Кожата што беше отворена за прицврстување на Микродрајвот брзо заздравува по операцијата, овој процес се одвива со администрација на лекови против болки и постојано набvationудување, исто како и по операција врз луѓе.
Theивотните обично остануваат во експериментот неколку дена. По завршувањето на мерењата, микродрајвот повторно се отстранува под краток анестетик, микроскопскиот отвор во коската на черепот е запечатен и кожата над неа е повторно затворена. По краток процес на заздравување, животните можат да продолжат да живеат без болка и компликации; тие се враќаат на чување како животни што се размножуваат.
Што е одобрено?
Валентин: Целиот експеримент беше одобрен од владата на Берлин и владата на Горна Баварија пред да започне. Со вакви одобренија, сите хируршки интервенции под општа анестезија во согласност со Директивата на ЕУ 2010/63/ЕУ, Анекс VIII, се класифицираат како средна изложеност, дури и ако се сметаат за добри и безболни колку што е можно човечки преку континуирано управување со болка. Самите експериментални мерења се вршат на будна птица и мора да се применат како малку стресни, дури и ако, како што реков, не очекуваме птиците да бидат погодени од уредот и мерењата. Се разбира, покрај одобрувањето на самите експерименти, ние исто така имаме дозволи за одржување и одгледување на нашите славејчиња и сме во постојан контакт со властите и консултантите со цел дополнително да ги оптимизираме условите за живеење и експериментирање.
Под кои услови се чуваат славеите?
Птичарите се опремени со разни растенија кои се наоѓаат во природната средина на славеите. Фото: Др. Сузана Селтман (MPI орнитологија)
Валентин: Во моментот има 12 славејчиња на институтот, кои се чуваат во пространи птичарникот на отворено, во посебни оддели за парови за размножување (2м x 4м). Птичарникот е поставен што е можно поблизу до природата во тесна соработка и консултација со искусни одгледувачи. Во одделите заштитени од времето од три странични wallsида и про transирен покрив, животните имаат на располагање топлински ламби и загреана вода на ниски температури, што исто така често се користи за капење. Голем избор на места за седење, размножување и скривалишта, како и доволно простор за непречено летање се исто така достапни. Птичарите се опремени со многу различни растенија што се јавуваат во природната средина на славеите, а исто така се зема предвид и посебната, а понекогаш и непријатна предиспозиција на животните за коприви. Балансирана исхрана со овошје, зеленчук, специјална храна за меки јадачи и широк спектар на различни инсекти, како што се црви, мравки и штурци, секогаш се достапни. Како резултат на птичарите кои се делумно отворени кон надвор, дивите инсекти продолжуваат да минуваат и - исто како и во природата - сакаат да ги ловат и јадат.
Theивотните секојдневно се прегледуваат од специјално обучени чувари на животни и ние самите, а во институтот има двајца службеници за заштита на животните - вклучително и ветеринар - кои ги проверуваат животните и нивното чување најмалку квартално. Доколку е потребно, се разбира, ветеринарот може да биде повикан во секое време за да се провери здравјето на животните и да се третираат доколку е потребно. Официјалните инспекциски посети обично се случуваат двапати годишно, се разбира исто така ненајавено.
Која е целта на истражувањето?
Валентин: Нашата работа е основно истражување. Нашата цел е да разбереме како сложената интеракција на нервните клетки во мозокот овозможува гласовна комуникација. Дали подоцна може да се очекуваат заклучоци за невробиолошки процеси кај луѓето, не може да се процени во овој момент во времето. Таканареченото „преземање вокален пресврт“, т.е. наизменична комуникација, е нарушено кај аутистичните деца, меѓу другите. Досега, сепак, причината за ова е во голема мера непозната. Придонес кон подобро разбирање на нервната основа на функционална наизменична песна е секако пожелен и во овој поглед, иако тоа не е декларирана цел на нашето истражување.