Перекрытие между группами составило от 20 до 50 процентов
Ученые из США обнаружили, что за разные типы вокализаций у мышей отвечают разные группы нейронов ретроамбигуального ядра — участка премоторной области продолговатого мозга. Во время ультразвуковых вокализаций активны нейроны, распределенные по всей длине ядра, а во время слышимого писка — нейроны, расположенные преимущественно в задних отделах. От 20 до 50 процентов клеток активируются во время обоих вокализаций, но по большей части наборы нейронов не пересекаются. Работа опубликована в журнале eNeuro.
Писк, который мы можем слышать, грызуны издают, когда испытывают что-то неприятное: боль, страх. Во время социальных взаимодействий друг с другом мыши издают ультразвуковые вокализации. Оба типа звуков контролирует ретроамбигуальное ядро (nucleus retroambiguus, RAm) в стволе мозга, которое посылает сигналы двигательным нейронам гортани и дыхательных мышц. Стимуляция нейронов RAm у мышей вызывает вокализации, однако не известно, как именно нейроны ядра управляют разными типами звуков. В недавних экспериментах было показано, что блокирование нейронов, которые управляют ультразвуковыми вокализациями, приводит к остановке и слышимого писка, однако активация этих нейронов вызывает только ультразвуковые сигналы. Другой эксперимент показал, что менее интенсивная (низкочастотная) стимуляция RAm вызывает писк, а более интенсивная (высокочастотная) — ультразвук. Таким образом, оставалось неясным, разные ли нейроны регулируют оба типа вокализаций, или одни и те же.
Выяснить это решили ученые из Корнеллского университета во главе с Кэтрин Чида (Katherine Tschida). Вместо того, чтобы стимулировать нейроны RAm, они сравнили их нормальную нормальную активность во время вокализаций двух типов. В экспериментах они подвергали самцов и самок мышей социальным взаимодействиям, чтобы они начали издавать нужные звуки. Так, чтобы вызвать ультразвуковые вокализации, грызунам обоих полов предлагали повзаимодействовать с самками. Недовольный писк удалось вызвать только у самок мышей, подвергнув их ухаживаниям со стороны самцов. К писку приводили и слабые удары током, однако в этом случае интенсивности вокализаций не хватало для исследования.
После первого испытания, в котором мыши издавали лишь один тип звука, ученые умерщвляли часть мышей и с помощью FOS-иммуногистохимии смотрели, какие нейроны были активны во время этих вокализаций. Другой части мышей вводили внутрибрюшинно 4-гидрокситамоксифен, чтобы в активных нейронах запустился синтез красного флуоресцентного белка tdTomato. Спустя десять дней этих грызунов тестировали снова, вызывая либо ту же самую, либо другую вокализацию. По окончании второго теста мышей умерщвляли, чтобы посмотреть, какие нейроны из тех, что активировались в первый раз, были активны и во второй.
Во время ультразвуковых вокализаций и у самцов, и у самок активировалось больше нейронов, чем во время слышимого писка у самок (p < 0,0001), даже при одинаковой длительности вокализаций. Кроме того, ультразвуковые вокализации активировали нейроны по всему RAm, а писк — преимущественно в задних отделах ядра. Перекрытие между нейронами, активными во время первого и второго тестов, составляло около 80 процентов, когда в обоих испытаниях мыши издавали звуки одного и того же типа, и падало до 20–50 процентов, когда в одном из тестов мышь издавала ультразвук, а в другом — писк. Таким образом, ученые выделили в RAm по крайней мере три популяции нейронов — специфичные для ультразвука, специфичные для писка и общие — те, что активны во время любой вокализации. И нейроны, отвечающие за каждый из типов, в основном не перекрываются.
Ученые отметили, что их находка согласуется с тем, что механизмы возникновения писка и ультразвука мышей разные: писк возникает благодаря вибрации голосовых складок, через которые проходит воздух. При ультразвуке голосовые складки не выбрируют — звук возникает, когда воздух с силой продавливается через узкое отверстие в гортани. Разные механизмы требуют включения разных мышц гортани — и логично иметь для этого разные группы нейронов. В ранних экспериментах с искусственной стимуляцией, по словам авторов, было невозможно стимулировать только те группы, которые отвечают за один тип звука, и поэтому эффект распространялся на оба типа. Лишь в этом исследовании ученым удалось различить субпопуляции, наблюдая за реальной активностью нейронов.
Ультразвуковые вокализации грызуны издают не только во время приятных взаимодействий с сородичами, но и когда их щекочут люди. Ранее ученые нашли нейроны щекотливости, которые активируются в ответ на щекотку, в соматосенсорной коре крыс. А позже выяснилось, что чем больше ультразвуковых вокализаций крысы издают во время щекотки, тем сильнее им это нравится.