Ljudi i drugi sisari mogu da proizvedu širok spektar zvukova, istovremeno modulišući njihovu jačinu i visinu. Ovi zvuci, takođe poznati kao vokalizacije sisara, igraju centralnu ulogu u komunikaciji između životinja iste i različitih vrsta.
Istraživači sa Medicinskog fakulteta Univerziteta Stanford nedavno su sproveli studiju koja ima za cilj bolje razumevanje neuronskih mehanizama koji podržavaju proizvodnju i modulaciju vokalizacija sisara. Njihov rad, objavljen u Nature Neuroscience, identifikuje neuronsko kolo i skup genetski definisanih neurona u mozgu miša koji igraju ključnu ulogu u proizvodnji zvuka.
„Svi sisari, uključujući ljude, vokaliziraju gurajući vazduh kroz glasne žice larinksa, koje vibriraju da bi proizvele zvuk“, rekao je za Medical Kspress Avin Veerakumar, koautor rada.
„Akustične karakteristike zvuka, kao što su jačina i visina, prenose značenje slušaocu i kontroliše ih oko 40 različitih mišića. Uprkos važnosti vokalizacije i rasprostranjenosti govornih poremećaja, imamo ograničeno razumevanje o tome kako mozak proizvodi zvuk. i kontroliše akustične karakteristike.“
Prethodne studije sugerišu da moždano stablo, struktura koja povezuje primarnu moždanu strukturu sa kičmenom moždinom, igra ključnu ulogu u proizvodnji zvuka kod sisara. Primarni cilj nedavnog rada Veerakumara i njegovih kolega bio je stoga prvo da se identifikuju specifični neuroni moždanog stabla koji podržavaju vokalizaciju.
„Takođe smo se nadali da ćemo identifikovati genski marker koji će razlikovati ove neurone od okolnih neurona“, objasnio je Veerakumar. „Da bismo identifikovali genske markere neurona vokalizacije moždanog stabla, pretražili smo Allen Mouse Brain Atlas, javno dostupnu bazu podataka o ekspresiji mišjih gena. Tražili smo gene koji su eksprimirani u određenom regionu moždanog stabla koji je uključen u proizvodnju zvuka, tzv. nucleus retroambiguus“.
Analize koje su sproveli Veerakumar i njegove kolege dale su neke veoma zanimljive rezultate. Prvo, istraživači su otkrili da je gen koji se zove neurotenzin eksprimiran u malom klasteru od približno 160 neurona unutar retroambiguus jezgra.
Zatim su sproveli dalje eksperimente, u kojima su koristili optogenetske tehnike da manipulišu neuronima koji eksprimiraju ovaj gen dok su snimali vokalizacije miševa.
„Otkrili smo da su neuroni koji eksprimiraju neurotenzin aktivirani i tokom vokalizacije novorođenčadi i odraslih“, rekao je Veerakumar. „Takođe smo pokazali da su neurotenzinski neuroni neophodni za proizvodnju zvuka, pošto su miševi bili utišani kada su ovi neuroni bili ablairani (tj. uklonjeni). Zanimljivo je da je aktiviranje neurotenzinskih neurona dovelo do toga da miševi vokaliziraju čak i pod opštom anestezijom, i pojačalo pucanje brzina ovih neurona povećala je jačinu, ali ne i visinu, proizvedenog zvuka.“
Rezultati koje su prikupili Veerakumar i njegove kolege sugerišu da neuroni koji eksprimiraju neurotenzin u nucleus retroambiguus ne samo da su umešani u proizvodnju vokalizacija miša, već i kontrolišu jačinu zvukova koje proizvode životinje. Čini se da neurotenzinski neuroni to postižu ko-aktivacijom motornih neurona koji specifično kontrolišu glasne žice i trbušne ekspiratorne mišiće.
Povećanjem ekspiracione sile povećava se jačina proizvedenog zvuka, baš kao kod duvačkog instrumenta“, objasnio je Veerakumar.
Nedavni rad ovog tima istraživača nudi neke nove uvide u neuronske osnove vokalizacija sisara. Uloga moždanog kola i genetski definisanih neurona koje su identifikovali uskoro bi mogla biti dalje istražena u budućim studijama na miševima i drugim sisarima.
„Važan sledeći korak za nas biće da koristimo marker gena za neurotenzin koji smo identifikovali za traženje homolognih neurona u drugim vrstama koje glasaju, kao što su ljudi, drugi sisari i ptice“, dodao je Veerakumar.
„Dok smo identifikovali neurone koji specifično kontrolišu jačinu zvuka, naša studija nije identifikovala neurone koji kontrolišu visinu, strukturu slogova ili sintaksu. Zainteresovani smo za pronalaženje genskih markera za neurone koji kontrolišu ove druge važne akustične karakteristike, koje prenose značenje na slušalac“.
