Исследователям давно известно, что области мозга певчих птиц, отвечающие за пение, растут во время брачного сезона, а затем уменьшаются, когда сезон заканчивается. Но один вид — гамбеловский белохохлый воробей (Zonotrichia leucophrys gambelii), делает это в таких масштабах, которые ученые только пытаются осмыслить. Часть мозга самца воробья, называемая HVC, вырастает примерно со 100 000 нейронов до примерно 170 000 — почти вдвое — во время брачного сезона.
Регион мозга воробья резко увеличивается перед спариванием. Может быть, он научит людей создавать новые нейроны
Нейробиологи из Университета Верджинии показали, что регион мозга самца гамбеловского белохохлого воробья, отвечающий за пение, вырастает со 100 000 нейронов до примерно 170 000 — почти вдвое — во время брачного сезона. Это рекордный рост, который был зарегистрирован среди всех животных. Если ученым удастся раскрыть механизм рост нейронов воробья, это может стать прорывом это легения депрессии и нейрозаболеваний у людей.
Гамбеловский белохохлый воробей (Zonotrichia leucophrys gambelii) обитает в Северной Америке. blickwinkel/Alamy
Почти все нейроны в мозге человека формируются еще до рождения. А потом они в основном умирают. Ученые ищут природные механизмы, которые могли бы усиливать рост нейронов. Кажется, нашли такой у воробья.
Хотя то, как птица совершает этот подвиг, до сих пор остается загадкой, ученые, представившие данные на ежегодном собрании Общества нейробиологии 11–15 ноября, приближаются к ответу. Они надеются, что их результаты смогут указать на способы лечения аномалий в человеческом мозге.
У большинства животных, когда область мозга резко растет, а потом также резко сжимается, «это очень вредно для их здоровья», — говорит журналу Nature Трейси Ларсон, нейробиолог из Университета Вирджинии в Шарлоттсвилле, которая руководила работой. В частности, рост такого масштаба у млекопитающих может вызвать воспаление и повысить давление внутри черепа. Но когда дело доходит до воробьев, «в этих птицах есть что-то действительно удивительное: они могут делать это безо всякого вреда для себя», — говорит Ларсон.
Череп как «жесткий чемодан»
Гамбеловский белохохлый воробей (Zonotrichia leucophrys gambelii)
Исследования Ларсон показывают, что мозг воробья использует множество тактик, чтобы быстро сформировать, а затем уничтожить большое количество нейронов. Один из трудных вопросов: почему мозг воробья резко сокращается в конце брачного сезона?
Ларсон и ее коллеги пометили клетки внутри и вокруг HVC-региона мозга самцов воробьев с помощью молекулы под названием бромдезоксиуридин (BrdU), которая может включаться в ДНК делящихся клеток. Ученые также использовали гормональные добавки для имитации сезона размножения птиц.
К концу смоделированного сезона размножения ученые увидели, что меченные BrdU стволовые клетки вблизи HVC начали делиться и развиваться в астроциты — клетки головного мозга, которые поддерживают и обеспечивают нейроны. Меченые стволовые клетки располагались между HVC и гиппокампом, областью глубоко в мозге, участвующей в обучении и памяти. У воробьев гиппокамп также генерирует новые нейроны в определенное время, в частности, перед сезоном спаривания, когда птицы мигрируют и им необходимо увеличить мозговую активность, в частности, для верной навигации.
Кажется, что птицы распределяют пространство, необходимое регионам мозга в черепе, в зависимости от того, какой регион увеличивается в разные сезоны. Череп похож на «жесткий чемодан», говорит Ларсон. «Если вы упаковываете больше нейронов в HVC, где-то их должно стать меньше».
Дополнительные нейроны умирают в конце брачного сезона. Астроциты в той же области мозга наводят порядок и тоже умирают. По наблюдениям Ларсона, в этот период заменяются почти все астроциты в HVC воробья.
Чем воробьи могут помочь людям
Ларсон надеется, что цикл нейрогенеза и дегенерации станет моделью для изучения депрессии у людей. Когда воробей теряет нейроны, у него появляются признаки потери мотивации, он больше не хочет петь, что можно сравнить с разновидностью депрессии. По словам Ларсон, то, как птица выходит из этой фазы – химические или физические механизмы, которые переключают HVC обратно в сторону роста – может дать подсказку о том, как лечить депрессию. И не только депрессию. Нейрогенез у взрослого человека происходит очень медленно. С определенного возраста гораздо больше нейронов умирает, чем рождается. Может быть, механизма генерирующие нейроны у воробьев сработают и у людей.