Писк и ультразвуковые звуки мышей активируют различные группы нейронов
Исследователи из США установили, что разные типы звуковых сигналов у мышей активируют различные группы нейронов в ретроамбигуальном ядре, расположенном в премоторной области продолговатого мозга. В процессе ультразвуковых вокализаций активируются нейроны, распределенные по всей длине ядра, тогда как слышимый писк вызывает активность нейронов, в основном сосредоточенных в задних отделах. Во время обоих типов вокализаций от 20 до 50 процентов клеток активируются, однако в основном наборы нейронов не пересекаются. Данная работа была опубликована в журнале eNeuro. Об этом сообщает сайт N + 1.
Слышимый писк, который могут издавать грызуны, возникает в ситуациях, когда они испытывают дискомфорт, например, боль или страх. В то время как ультразвуковые звуки мыши издают во время социальных взаимодействий. Оба типа звуков контролируются ретроамбигуальным ядром (nucleus retroambiguus, RAm) в стволе мозга, которое передает сигналы двигательным нейронам гортани и дыхательных мышц. Стимуляция нейронов RAm у мышей приводит к вокализациям, однако механизм, с помощью которого нейроны управляют различными типами звуков, остается неясным. В недавних экспериментах было показано, что блокировка нейронов, отвечающих за ультразвуковые звуки, приводит к прекращению и слышимого писка, в то время как активация этих нейронов вызывает только ультразвуковые сигналы. Другой эксперимент продемонстрировал, что менее интенсивная (низкочастотная) стимуляция RAm вызывает писк, тогда как более интенсивная (высокочастотная) приводит к ультразвуку. Таким образом, оставался вопрос, регулируют ли разные нейроны оба типа вокализаций или одни и те же.
Ученые из Корнеллского университета, возглавляемые Кэтрин Чидой (Katherine Tschida), решили выяснить это, сравнив нормальную активность нейронов RAm во время вокализаций обоих типов, вместо их стимуляции. В ходе экспериментов самцы и самки мышей подвергались социальным взаимодействиям, чтобы вызвать нужные звуки. Ультразвуковые вокализации были вызваны взаимодействием с самками, тогда как слышимый писк был получен только у самок, которые подвергались ухаживаниям со стороны самцов. Также писк вызывался слабыми ударами током, но в этом случае интенсивности звуков не хватало для дальнейшего исследования.
После первого испытания, в котором мыши издавали только один тип звука, часть из них была умерщвлена, и с помощью FOS-иммуногистохимии исследовались активные нейроны во время вокализаций. Другой группе мышей вводили 4-гидрокситамоксифен, чтобы активировать синтез красного флуоресцентного белка tdTomato в активных нейронах. Спустя десять дней этих грызунов тестировали снова, вызывая либо тот же звук, либо другой. После второго теста мышей снова умерщвляли, чтобы определить, какие нейроны, активные в первый раз, были активны и во второй.
Во время ультразвуковых вокализаций как у самцов, так и у самок активировалось больше нейронов, чем во время слышимого писка у самок (p < 0,0001), даже при одинаковой длительности вокализаций. Ультразвуковые звуки активировали нейроны по всему RAm, в то время как писк — в основном в задних отделах ядра. Перекрытие между нейронами, активными в первом и втором тестах, составляло около 80 процентов, когда мыши издавали один и тот же тип звука, и падало до 20–50 процентов, когда в одном из тестов мышь издавала ультразвук, а в другом — писк. Таким образом, исследователи выделили в RAm как минимум три популяции нейронов: специфичные для ультразвука, специфичные для писка и общие, активные во время любой вокализации. Нейроны, отвечающие за каждый тип звука, в основном не пересекаются.
Ученые отметили, что их находка подтверждает, что механизмы возникновения писка и ультразвука у мышей различны: писк возникает из-за вибрации голосовых складок, через которые проходит воздух. При ультразвуковых вокализациях голосовые складки не вибрируют — звук возникает, когда воздух с силой проходит через узкое отверстие в гортани. Разные механизмы требуют активации различных мышц гортани, что логично объясняет наличие различных групп нейронов. В предыдущих экспериментах с искусственной стимуляцией, по словам авторов, было невозможно активировать только те группы, которые отвечают за один тип звука, поэтому эффект распространялся на оба типа. Лишь в данном исследовании ученым удалось различить субпопуляции, наблюдая за реальной активностью нейронов.
Ультразвуковые вокализации мыши издают не только во время приятных взаимодействий с сородичами, но и когда их щекочут люди. Ранее исследователи обнаружили нейроны щекотливости, активирующиеся в ответ на щекотку, в соматосенсорной коре крыс. Позже выяснили, что чем больше ультразвуковых вокализаций крысы издают во время щекотки, тем больше им это нравится.
