Ученые составили карту нейронных связей вокальных цепей у певчих птиц

Исследователи составили карту дальних синаптических связей, участвующих в вокальном обучении у зебровых амадин, раскрыв новые детали о том, как мозг организует усвоенные вокализации, такие как птичья песня.

Исследование, опубликованное в eLife, показывает, как четыре различных входа в определенную область мозга воздействуют на три различных типа клеток, облегчая обучение и воспроизведение птичьей песни.

Песня ухаживания самцов зебровых амадин контролируется набором взаимосвязанных областей переднего мозга в дорсальном желудочковом гребне (DVR) — аналоге млекопитающего неокортекса. В этой сети премоторная область HVC критически важна как для обучения песне в молодости, так и для ее воспроизведения во взрослом возрасте.

"Певчие птицы, как и люди, учатся вокализации через имитацию и практику, полагаясь на сенсорную обратную связь", — объясняет ведущий автор Массимо Трузел.

Чтобы картировать синаптическую связность области HVC, команда использовала оптимизированную версию оптогенетического картирования цепей. Они исследовали, как входы от четырех основных сенсорных путей взаимодействуют с тремя ключевыми типами клеток HVC:

• HVC-RA нейроны — посылают сигналы в области, контролирующие движение для пения.
• HVC-AV нейроны — посылают моторные сигналы в слуховые области для обработки слуховой обратной связи.
• HVC-X нейроны — соединяются с базальными ганглиями, помогающими в обучении и корректировке паттернов песни.

Результаты показывают, что HVC организована в высокоструктурированные нейронные модули, содержащие как проекционные нейроны, так и тормозные интернейроны. HVC действует как хаб для интеграции сенсорной и моторной информации:

• HVC-RA нейроны отвечают за воспроизведение стабильной, выученной песни.
• HVC-X нейроны ответственны за обучение и модификацию песни.

Также была обнаружена ранее неизвестная связь между партнерами HVC — mMAN (медиальное магноцеллюлярное ядро переднего нидопаллиума) и Av (ядро Лавина). Это предполагает, что mMAN, ранее считавшееся участвующим только в раннем обучении песне, может также помогать интегрировать слуховую обратную связь с моторным контролем.

"Наше исследование дает наиболее подробную на сегодняшний день синаптическую карту того, как различные области мозга соединяются с HVC", — говорит старший автор Тодд Робертс. — Поскольку птичья песня и человеческая речь могут полагаться на схожим образом организованные мозговые цепи, эта работа может проложить путь к пониманию того, как наш мозг поддерживает обучение и производство речи".