Как песента на славея създава противоречиви ноти - разбиране на експерименти с животни
В Института по орнитология на Макс Планк в Seewiesen, невробиологът д-р. Даниела Валентин и нейният екип на славеи. Снимка: Dr. Сузане Селтман (MPI орнитология)
Как мозъкът успява да даде възможност за сложна комуникация между видовете? Невробиологът д-р. Даниела Валлентин, използвайки примера на виртуозните песни на славеите. Заедно с работната си група тя би искала да използва пойните птици, за да разбере по-добре невронната основа за интерактивно производство на песни в мозъка.
Първоначално това трябва да се направи от известните Европейски изследователски съвет ERC отличен проект, финансиран с 1,5 милиона евро, ще бъде осъществен в Свободния университет в Берлин. Но там бързо се превърна в политически проблем. В резултат на това Даниела Валентин и нейната работна група бяха обект на крайни противници на експерименти с животни и интернет кампании и дори трябваше да вземат лична защита. Невробиологът работи в Института по орнитология на Макс Планк в Seewiesen, Бавария, от 2019 г., където изпълнява своя изследователски проект.
В интервюто младата учен обяснява предисторията и практическото изпълнение на изследователския проект и говори за това как се справя с публичната критика.
Какво харесвате в изследванията си?
Д-р Даниела Валлентин е невробиолог от Института по орнитология „Макс Планк“ в Seewiesen. Снимка: Dr. Сузане Селтман (MPI орнитология)
Д-р Даниела Валлентин: Независимо дали караме велосипеди, говорим ли, връзваме обувките си или свирим мелодия - много такива ежедневни дейности ни се струват естествени и без усилие. Още по-завладяващо е, че двигателните процеси, необходими за това, първо трябва да се научат с големи усилия и много практика, преди да станат сигурен успех. Как да научим такива движения? И как се променя мозъкът ни, за да можем да запазим и приложим току-що наученото? Тези въпроси ме вдъхновяват и стимулират изследователската ми работа.
Бих искал също да разбера по-добре как успяваме да общуваме с думи, т.е. със звуци, за да бъдем точни. Помислете само за последния добър разговор, който сте провели. Вероятно сте слушали човека, който ви говори и в същото време сте измислили отговор, с който сте реагирали само няколкостотин милисекунди по-късно. Ако не сте съвсем съгласни, може би дори сте прекъснали линията си. И колкото и естествено да ви се струва в момента, тази способност представлява изключително сложна мозъчна сила.За съжаление, ние знаем много малко за това как нашият мозък осъществява тази така наречена гласова комуникация, т.е. способността да слуша и реагира конкретно на току-що чутото, контроли.
Защо славеи?
Валентин: Славеите обикновено се хвалят за красивото им пеене, особено фактът, че пеят толкова задължително през пролетта почти денонощно, очарова много хора. Истинският шедьовър обаче се крие някъде другаде: мъжките не просто започват да пеят, а си взаимодействат помежду си, подобно на човешки разговор. Мъжките славеи имат репертоар от до 200 различни строфи, които могат да се комбинират и пеят последователно, както се изисква. Това обаче не се прави на случаен принцип, както при много други видове пойни птици. Певците слушат внимателно съседите - дори докато пеят - и включват пеенето от собствения си вид в собственото си пеене - или дори се опитват да го „направят по-добре“. Въпреки че този феномен е отдавна известен, в началото на този проект работната ми група беше толкова впечатлена от това поведение, че прекарахме много нощи, слушайки славеите в естествената им среда, записвайки ги и техните "разговори" за да разберем по-добре.
Какви проблеми имаше?
Не бяхме насочени към емоции поради скандал или провеждане на неразрешени експерименти, а чисто защото искаме да работим със славея. Както казах, разбира се, че ние не избрахме това завладяващо животно за нашите изследвания на случаен принцип, но с основателна причина.
Що се отнася до тестването на животни като цяло, не съм изненадан от съпротивата и отчасти мога да го разбера. Изпитванията върху животни, въпреки стриктната му регулация, винаги се обсъждат критично и това също е добре. Това, което ме изненада обаче, е непропорционалният начин, по който организации с размерите на Берлинската асоциация за хуманно отношение към животните атакуват отделни хора, без да им дават възможност да коментират. Онлайн петиция, насочена срещу нас, например, не съдържа никакви имена или имейл адреси, но фактът, че те бяха бързо допълнени в коментари и следователно достъпни за всички, беше предвидим и за съжаление доведе до масивни лични заплахи срещу мен и моята работна група. Това стигна дотам, че миналата година денонощна лична защита дори беше необходима в продължение на няколко седмици, за да се гарантира моята безопасност и тази на служителите ми.
Какво точно искате да проучите?
В мозъка на птицата има структура, която е функционално сравнима с човешкия езиков център: така нареченото премоторно ядро HVC. Снимка: Dr. Сузане Селтман (MPI орнитология)
Валентин: С помощта на пойни птици, моята група и аз бихме искали да обясним по-добре сложните невронни основи, които са необходими за научаването на пеенето и продуцирането на пеене.
От човешкия мозък знаем, че така наречената премоторна кора, мозъчна област, която включва и човешкия езиков център, е необходима, за да се произведе език. Как точно взаимодействат отделни нервни клетки и мозъчни области, за да се постигне това, е до голяма степен неизвестно.
В мозъка на птицата има структура, която е функционално сравнима с човешкия езиков център: така нареченото премоторно ядро HVC. Съвсем наскоро, например, проучване установи, че птиците пеят по-бавно, ако тази област на мозъка е специално охладена. Точно същото проучване беше проведено върху хора - пациенти с планирани мозъчни операции, които са се включили в тези тестове - с абсолютно същия резултат: охлаждането на езиковия център води до несъзнателно забавяне на речта!
Това е едно от многото доказателства, че основните невронни вериги функционират по подобен начин при птиците и хората. Разбира се, мозъкът на птица не функционира точно като мозъка на бозайник във всички отношения, както и нито един мозък на бозайник не функционира точно като човешкия мозък. Основните градивни елементи, т.е. отделните нервни клетки, химическите пратеници и синапсите, които помагат за формирането на невронни мрежи, са до голяма степен еднакви. Така че, ако успеете да разберете процес като ученето на птиците да пеят в детайли, квази „на нивото на отделните нервни клетки“, много добре можете да направите някои изводи за други животински видове и по този начин за хората.
Но точно защото това взаимодействие между отделните нервни клетки и мозъчните области е толкова сложно и защото не се интересуваме само от това, което отделните нервни клетки правят в себе си, но и какъв ефект има тяхната активност върху цялата система и в крайна сметка върху поведението на животното все още трябва да разчитаме на „инвазивни“ изследвания, т.е. изследвания върху живи животни. Това обаче означава също, че можем да постигнем полезни резултати само ако животните се държат възможно най-нормално по време на експериментите. Това работи само ако животните се справят добре. Следователно ние непрекъснато се стремим да оптимизираме нашите методи и да направим експериментите възможно най-малко инвазивни и неудобни за животните. Това също отговаря на принципа 3Rs, особено усъвършенстване.
Как точно изглеждат тези експерименти?
Валентин: След излюпването на младите славеи, ние отглеждаме малките на ръка. По време на фазата на обучение, т.е. в рамките на първите няколко седмици след излюпването, ние възпроизвеждаме специално подбрани специфични за вида песни, които сме записали предварително. По този начин животните усвояват много специфичен вокален репертоар, който ние дефинираме точно. По този начин знаем какво знаят и могат и какво не могат да правят животните. След около година, когато животните започват да пеят активно, когато достигнат репродуктивна възраст, по време на кратка интервенция върху обезболеното животно към главата на животното се прикачва така наречения микродиск. Това е малко устройство, което тежи 1,6 грама, по-малко от 1 цент монета. Една проста екстраполация на теглото към човешките условия, както правят някои противници на експерименти с животни, тук не е полезна: мравките например могат да носят многократно телесното си тегло без проблеми. Устройствата с микропривод дори са разработени за значително по-малки птици, като зебри, и също могат лесно да се носят от славеите, без да ограничават свободата им на движение или поведението им.
Чрез микроскопичен отвор в черепната капачка под микрозадвижването, тънък вафлен електрод по-късно може да бъде вкаран дистанционно и активността на отделните нервни клетки може да бъде измерена, докато славеят взаимодейства със собствения си вид и пее. Такова естествено поведение изисква много високо благосъстояние на животното. Поставянето на тези електроди, които са 50 пъти по-тънки от човешката коса, е напълно безболезнено за животните, тъй като в самия мозък няма рецептори за болка. Кожата, която беше отворена за закрепване на Microdrive, заздравява бързо след операцията, този процес протича с прилагането на болкоуспокояващи и постоянно наблюдение, точно както след операция на хора.
Обикновено животните остават в експеримента няколко дни. След приключване на измерванията микродвигателят се отстранява отново под кратка упойка, микроскопичният отвор в черепната кост се запечатва и кожата над него отново се затваря. След кратък лечебен процес животните могат да продължат да живеят без болка и усложнения; те се връщат към отглеждането като разплодни животни.
Какво е одобрено?
Валентин: Целият експеримент беше одобрен както от правителството в Берлин, така и от правителството на Горна Бавария, преди да започне. С такива одобрения всички хирургични интервенции под обща анестезия в съответствие с Директива 2010/63/ЕС на ЕС, приложение VIII, се класифицират като средна експозиция, дори ако се считат за възможно най-безболезнени, доколкото е възможно в човешки план чрез непрекъснато управление на болката. Самите експериментални измервания се извършват върху будната птица и трябва да се кандидатстват за леко стресиращи, дори ако не очакваме птиците да бъдат засегнати от устройството и измерванията, както казах. Разбира се, освен че одобряваме самите експерименти, ние също имаме разрешения за притежание и разплод за нашите славеи и сме в постоянен контакт с властите и консултантите, за да оптимизираме допълнително условията на живот и експерименти.
При какви условия се държат славеите?
Волиерите са оборудвани с различни растения, които се намират в естествената среда на славеите. Снимка: Dr. Сузане Селтман (MPI орнитология)
Валентин: В момента в института има 12 славея, които се държат в просторни открити волиери в специални отделения за размножаване на двойки (2м х 4м). Волиерите се създават възможно най-близо до природата в тясно сътрудничество и консултации с опитни животновъди. В отделенията, защитени от атмосферните влияния от три странични стени и полупрозрачен покрив, животните имат достъп до топлинни лампи и нагрята вода при ниски температури, която също често се използва за къпане. Предлагат се и голямо разнообразие от възможности за сядане, отглеждане и скриване, както и достатъчно място за безпрепятствено летене. Волиерите са оборудвани с много различни растения, които се срещат в естествената среда на славеите, а също така се взема предвид специалната и понякога неприятна пристрастие на животните към копривата. Винаги е на разположение балансирана диета от плодове, зеленчуци, специална храна за мекоядните и широка гама от различни насекоми като брашнени червеи, мравки и щурци. Поради волиерите, които са частично отворени навън, дивите насекоми продължават да минават покрай тях и също - както в природата - обичат да бъдат ловувани и изяждани.
Животните се инспектират ежедневно от специално обучените пазители на животни и от нас самите, а в института има двама служители за хуманно отношение към животните - включително ветеринарен лекар -, които проверяват животните и отглеждането им поне на тримесечие. Ако е необходимо, разбира се, ветеринарният лекар може да бъде извикан по всяко време, за да провери здравето на животните и, ако е необходимо, да ги лекува. Официалните посещения за проверка обикновено се провеждат два пъти годишно, разбира се също така и без съобщение.
Каква е целта на изследването?
Валентин: Нашата работа е фундаментално изследване. Нашата цел е да разберем как сложното взаимодействие на нервните клетки в мозъка дава възможност за гласова комуникация. Дали изводи за невробиологичните процеси при хората могат да се очакват по-късно, не може да бъде оценено към този момент. Така нареченото „приемане на гласови обороти“, т.е. редуваща се комуникация, е нарушено, наред с други деца с аутизъм. Засега обаче причината за това е до голяма степен неизвестна. Принос за по-доброто разбиране на невронната основа на функционираща алтернативна песен, разбира се, също е желателно в това отношение, въпреки че това не е декларираната цел на нашето изследване.