Как зебровите амадини подпомагат невробиологията

Чинките от вида Lonchura striata. Credit: Thimindu Goonatillake (CC BY-SA 2.0)
Чинките от вида Lonchura striata. Credit: Thimindu Goonatillake (CC BY-SA 2.0)

Дядото на Richard Mooney, машинен инженер, не можел да си представи как птиците биха били полезни за разгадаването на човешкия мозък. „По същия начин, по който разглобяването на едноцилиндрова косачка за трева може да те подготви за това как работи турбо-двигателят V8 в състезателна кола на Формула едно” – обяснил Mooney, който е невробиолог от Duke University Medical Center. В действителност, поразителни прилики между мозъците на пойните птици и човека сега водят изследванията в областта на невробиологията в нова посока: проучването на невродегенеративните заболявания при човека.

Пойните птици и хората споделят рядката възможност да научават вокални схеми, чрез имитация – умение, което се поддържа от сходни области в мозъка. Това е така дори на генетично ниво, както демонстрира колегата на Mooney – Erich Jarvis, през 2014. Експресията на гените при пойните птици в тези региони на мозъка е много по-сходна с тази при човека, отколкото при пилетата, а генната експресия при човека била по-сходна с тази при пойните птици, отколкото при макаците (Science, 346:1256846).

Един от тези региони, известен като Областта X при птиците, е подобласт на базалните ганглии, посветена на ученето на песни. Jarvis и колеги са показали, че при най-често използваната лабораторна пойна птица, зeбровият амадин (Taeniopygia guttata), допаминът, изпратен до Областта Х от средния мозък, играе ключова роля във вариабилността на песните. Когато наоколо няма женски, мъжките амадини пеят „неориентирани песни”, вероятно, за да се упражняват, като тези песни са по-разнообразни, отколкото песните, които използват, за да привличат женските. По-еднотипните песни, насочени към женските, са съпроводени от навлизане на невротрансмитера допамин в невроните на базални ганглии на мъжките (Eur J Neurosci, 25:3406-16, 2007). Това откритие е от значение за изследователите, които се интересуват от говорните дефекти, свързани с невродегенеративното заболяване на Паркинсон, което се характеризира както със загуба на допаминергични неврони, така и с повреда на базалните ганглии.

Мъжки зебров амадин (вид чинка). Credit: Peripitus (CC BY-SA 3.0)
Мъжки зебров амадин (вид чинка). Credit: Peripitus (CC BY-SA 3.0)

Едва наскоро учените започнаха да разбират ефекта на загубата на допамин при пойните птици, както е при болестта на Паркинсон. Sam Sober и колегите му от Emory University в Атланта, са установили, че третирането на базалните ганглии на друг вид възрастни финки – Lonchura striata, с невротоксина 6-хидроксидопамин, унищожаващ допаминергичните неврони, причинява дефекти във вокалното обучение (J Neurosci, 36:2176-89, 2016). Невробиологът от Университета на Вашингтон David Perkel обозначава проучването като „първото пряко доказателство за [значението на] допамина за ученето”. По-рано, невробиологът Stephanie White от Университета на Калифорния, Лос Анджелис, и Julie Miller, която сега е в Университета на Аризона, откриха, че 6-хидроксидопаминът понижава вокалната вариабилност на „неориентираните песни”, при които финките би трябвало да изпълняват по-вариабилни песни (Physiol Rep, 3:e12599,  2015). Хората, които страдат от Паркинсон, също говорят по-монотонно, но не е ясно как допаминът влияе на този симптом.

Настоящите модели на Паркинсон с финки разчитат на лезии, предизвикани от невротоксини, в специфични области на мозъка, а не на генетични мутации, свързани със заболяването при човека. Но болестта засяга целия мозък – не само базалните ганглии – включително периферните нерви, мускули и червата, казва невробиологът Michelle Ciucci от Училището по медицина и обществено здраве към Университета на Уисконсин. Нейната работа, посветена на проблеми с речта и преглъщането при пациенти, болни от Паркинсон и модели на заболяването при плъхове, показва, че допамин-заместителната терапия не подобрява значително качеството на речта при пациентите с Паркинсон, което предполага, че понижените нива на невротрансмитера не са единственият причинител на тези дефицити (Semin Speech Lang, 34:185-202, 2013). Тъй като генетичните модели могат да обобщят прогресията и ефектите на Паркинсон, Ciucci е поддръжник на използването на комбинация от тези модели – както плъховете, така и птиците – за да се разбере биологията на заболяването.


РЕКЛАМА:

***

Изследователите на финките вече проверяват генетични модели на друго невродегенеративно заболяване: болестта на Хънтингтън. Миналата година учени характеризираха трансгенна пойна птица с мутантния ген за хънтингтин, при която се наблюдавали както тремор, така и повтарящи се „заекващи” песни, подобни на симптомите, които се наблюдават при хората с това заболяване (Nature Neurosci, 18:1617-22, 2015).

Молекулна структура на хънтингтина.
Молекулна структура на хънтингтина.

Пеенето, както и речта, е сложно волево моторно умение, което става неконтролируемо при Хънтингтън, а добре установените връзки между мозъка и пеенето правят пойните птици идеална система за изучаване на това как мутантните гени нарушават тези модели. Екипът на Mooney установил, че дори само експресията на мутантен хънтингтин в базалните ганглии е достатъчна, за да накара птиците да пеят повече, но смесвайки стереотипните срички на песента (PNAS, 113:E1720-27, 2016). „Работата е много добра и определено предполага, че това може да бъде прекрасен модел за разбиране на патогенезата на болестта на Хънтингтън” – казва Perkel.

Интересно е, че някои от птиците успявали частично да си възстановят способността да подреждат сричките правилно в своите песни, което може да се дължи на способността на мозъка с времето да създава нови неврони в тази област. Този резултат е в съответствие с предишно откритие на лабораторията на Jarvis, според което лабораторните финки частично възстановявали лезиите в Областта Х, предизвикани от невротоксина, като натрупвали нови неврони, но заекването в песните им си оставало (Sci Rep, 4:6590, 2014). Механизмът и целта на неврогенезата в тези места при възрастния организъм – която изглежда не се случва при човека – все още не са ясни, но разкриването на основата им може в крайна сметка да доведе до лечение за хората, страдащи от неврологични увреди, казва Jarvis.

За да превърнем тази мечта в реалност, вероятно ще бъде необходима комбинация от животни. „Необходимо е да се инвестират повече пари в сравнението между птици и бозайници или птици и хора” – казва Jarvis.


Европейска нощ на учените 2022 г.: