Ультразвуковые и слышимые звуки мышей активируют разные нейроны
Исследователи из США выяснили, что различные типы вокализаций у мышей активируют разные группы нейронов в ретроамбигуальном ядре, расположенном в премоторной области продолговатого мозга. Нейроны, отвечающие за ультразвуковые звуки, активируются по всей длине ядра, тогда как слышимый писк вызывает активность нейронов, преимущественно расположенных в задних отделах. Во время обеих вокализаций от 20 до 50 процентов клеток активируются, однако в основном наборы нейронов не пересекаются. Данные исследования опубликованы в журнале eNeuro. Об этом пишет портал N + 1.
Слышимый писк, который мы можем услышать, мыши издают в ситуациях дискомфорта, например, при боли или страхе. В то время как ультразвуковые вокализации возникают 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 вызывает вокализации, однако механизм управления различными типами звуков остается неясным. В недавних экспериментах было установлено, что блокировка нейронов, отвечающих за ультразвуковые звуки, приводит к прекращению слышимого писка, в то время как активация этих нейронов вызывает только ультразвуковые сигналы. Эксперименты показали, что менее интенсивная стимуляция RAm вызывает писк, а более интенсивная — ультразвук, что оставляло вопрос о том, регулируют ли разные нейроны оба типа вокализаций или одни и те же.
Для выяснения этого вопроса ученые из Корнеллского университета под руководством Кэтрин Чида (Katherine Tschida) решили сравнить нормальную активность нейронов RAm во время двух типов вокализаций. В ходе экспериментов самцов и самок мышей подвергали социальным взаимодействиям для вызова нужных звуков. Ультразвуковые вокализации вызывались взаимодействием с самками, в то время как слышимый писк удавалось получить только у самок, подвергнув их ухаживаниям со стороны самцов. Также писк вызывался слабыми ударами током, но интенсивности звуков не хватало для анализа.
После первого теста, в котором мыши издавали один тип звука, часть из них умерщвляли, чтобы с помощью FOS-иммуногистохимии определить активные нейроны во время вокализаций. Другим мышам вводили 4-гидрокситамоксифен для запуска синтеза красного флуоресцентного белка tdTomato в активных нейронах. Спустя десять дней этих грызунов снова тестировали, вызывая либо ту же, либо другую вокализацию. После второго теста мышей снова умерщвляли для анализа активных нейронов.
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 равной длительности вокализаций. Кроме того, 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 звуки одного типа, и падало до 20–50 процентов, когда в одном тесте звучал ультразвук, а в другом — писк. Таким образом, ученые выделили в RAm как минимум три популяции нейронов: специфичные для ультразвука, специфичные для писка и общие, активные во время любой вокализации, которые в основном не перекрываются.
Исследователи отметили, что их находка подтверждает, что механизмы возникновения писка и ультразвука у мышей различны: писк возникает за счет вибрации голосовых складок, через которые проходит воздух, тогда как ультразвук возникает при сильном выдавливании воздуха через узкое отверстие в гортани. Разные механизмы требуют активации различных мышц гортани, что логично обосновывает наличие разных групп нейронов. В предыдущих экспериментах с искусственной стимуляцией не удавалось изолировать только те группы, которые отвечают за один тип звука, что приводило к смешанному эффекту. В данном исследовании ученым удалось различить субпопуляции, наблюдая за реальной активностью нейронов.
Ультразвуковые вокализации мыши издают не только во время приятных взаимодействий, но и при щекотке людьми. 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.
