Предотвращение миграции молодых нейронов помешало взрослым птицам хорошо петь

Биологи из США провели эксперименты с самцами белоголовой зонотрихии и выяснили, что для улучшения песен самцов во время сезона размножения необходимо созревание новых нейронов и их встраивание в вокальный центр. Когда ученые заблокировали миграцию молодых нервных клеток, нейронная цепь, отвечающая за структуру песни, не реконструировалась — и качество песен размножающихся самцов не выросло. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

У взрослых певчих птиц нейрогенез происходит в желудочковой пролиферативной зоне головного мозга, откуда молодые нейроны мигрируют в верхний вокальный центр HVC. Многие из этих нейронов проецируются на ядро аркопаллиума (rubust nucleus of arcopallіum, RA) и стимулируют активацию его нейронов и увеличение их размера. Цепь HVC-RA необходима для создания хорошо структурированных и стереотипных песен, при этом она сильно реконструируется в зависимости от сезона. Так, с наступлением сезона размножения, когда уровень тестостерона у самцов певчих птиц повышается, объем HVC и число нейронов в нем увеличивается, а вместе с тем увеличивается размер RA и активность его нейронов. Все это приводит к улучшению песни, которая привлекает самок. Когда сезон размножения заканчивается, концентрация тестостерона, объем HVC, размер и активность нейронов RA снижаются — и песня деградирует.

Не вполне ясно, какую роль в улучшении песни самцов во время сезона размножения играет взрослый нейрогенез. Предыдущее исследование показало, что количество новых нейронов, встроенных в цепь HVC-RA коррелирует с тем, насколько песни самцов от исполнения к исполнению схожи между собой. Это позволяет предположить, что созревание новых нейронов в мозге взрослых самцов певчих птиц и их встраивание в цепь HVC-RA важны для создания правильной песни в период размножения.

Чтобы проверить эту гипотезу, Элиот Бреновиц (Eliot Brenowitz) из Вашингтонского университета и его коллеги заблокировали миграцию новых нейронов в HVC у самцов белоголовой зонотрихии (Zonotrichia leucophrys gambelii). Для этого они вводили в мозг самцов ингибитор миграции нейробластов циклопамин. Таким образом нейрогенез все еще происходил, но нейроны не мигрировали в область вокального центра, а оставались в пролиферативной зоне.

Чтобы имитировать условия размножения для самцов зонотрихии в неволе, ученые создали для них длинный световой день и имплантировали гранулу с тестостероном. Затем четырем самцам в течение 30 дней после имплантации вводили циклопамин с двух сторон в области, прилегающие к HVC, а четырем контрольным птицам вводили раствор без действующего вещества. Визуализация молодых нейронов показала, что в группе циклопамина многие клетки оставались сгруппированными вблизи зоны пролиферации, в то время как у контрольных птиц они мигрировали в HVC.

Далее ученые обнаружили, что у контрольных птиц увеличивалась спонтанная активность нейронов RA, а у зонотрихий из экспериментальной группы этого не происходило. В то же время размер клеток RA увеличивался у всех самцов, даже под действием ингибитора миграции. По всей видимости, старых нейронов HVC хватало, чтобы обеспечить трофическую поддержку для роста нейронов RA. Чтобы убедиться, что циклопамин только ингибирует миграцию нейронов в HVC и таким образом мешает ремоделированию цепи HVC-RA, а не ингибирует нейроны RA напрямую, ученые ввели циклопамин самцам, которые уже месяц находились в состоянии размножения (у них ремоделирование цепи HVC-RA уже завершилось). В этом случае введение циклопамина не влияло на активность нейронов RA и на песни самцов.

Чтобы проверить, как ингибирование миграции нейронов в HVC в период размножения влияет на песни самцов, ученые сравнили песни одних и тех же особей, записанные в течение базового периода размножения, с их песнями, записанными после введения циклопамина (или просто раствора). Песни зонорихий, которым вводили ингибитор, сильнее отличались от их собственных песен, записанных в другой сезон размножения: наблюдался стуктурный дефицит в одном или нескольких слогах, а иногда некоторые слоги и вовсе отсутствовали. Эти песни больше напоминали песни этих же птиц вне сезона размножения — то есть ожидаемого улучшения не наступало, когда миграция новых нейронов была нарушена. В то же время песни самцов из контрольной группы демонстрировали улучшение во время сезона размножения и были похожи на их же песни, записанные ранее в другой репродуктивный сезон.

Авторы заключили, что миграция новых нейронов в вокальный центр взрослых певчих птиц во время сезона размножения обеспечивает регенерацию контура HVC-RA и улучшение песни. Также они отметили, что циклопамин, способный оказывать цитотоксическое действие, в экспериментах не был токсичен для клеток мозга зонотрихий: ученые не наблюдали повышенного уровня некроза или апоптоза, а цепь HVC-RA у птиц, которым вводили циклопамин, работала также, как у не размножающихся птиц.

Ранее мы писали о том, как песня самцов зебровых амадин ухудшилась, а затем восстановилась после необратимого повреждения большинства нейронов HVC — это произошло благодаря нейропластичности.