Ежегодно более 795 000 человек переживают инсульт, который часто приводит к повреждению головного мозга, которое ухудшает их способность говорить, ходить или выполнять задачи. К счастью, во многих случаях эти способности можно восстановить с помощью физиотерапии. По мере практики наш мозг приобретает замечательные способности перенастраиваться и восстанавливаться после повреждений.

Исследователи из лаборатории Карлоса Лоиса, профессора биологии в Калифорнийском технологическом институте, используют маленьких птиц, называемых зебрами, чтобы изучить, как мозг перестраивается, чтобы восстановить необходимые функции после повреждения. В новом исследовании они обнаружили, что зебровые зяблики могут вновь обрести способность петь после повреждения головного мозга, аналогичную той, которую испытывают жертвы инсульта, но без практики.

«Представьте себе пианиста, который страдает каким-то повреждением мозга и не может играть на фортепиано», — говорит Лоис. «Но однажды они просыпаются и внезапно снова могут играть. Каким-то образом их мозг смог перестроиться и получить доступ к способности играть без какой-либо практики. Это то, что мы обнаружили у певчих птиц».

Новое исследование называется «Неконтролируемое восстановление сложного выученного поведения после крупномасштабных нейрональных возмущений» и было опубликовано в журнале Nature Neuroscience 29 апреля.

Зебровые зяблики не рождаются со своими уникальными индивидуальными песнями; они выучивают свою песню, слушая, как поет их отец, и продолжают петь одну и ту же песню всю свою жизнь. Хотя у них есть врожденная предрасположенность к изучению песен, зебровые амадина не выучат песню другого вида, даже если услышат ее в молодости. Другими словами, мозг зяблика запрограммирован на то, чтобы обращать внимание и копировать определенный, специфичный для вида набор звуков.

В новом исследовании изучались взрослые самцы зябликов, которые уже выучили свои собственные песни. Исследователи сосредоточились на области мозга, которая кодирует способность петь, называемой высоким голосовым центром, или HVC. Эта область имеет решающее значение для производства песни птицей, контролируя слоги песни и порядок их воспроизведения. В ходе исследования команда генетически заставила замолчать около 70% нейронов в HVC, оставив все остальные нейроны в птичьем мозге. Когда животные пытались петь, их песни резко ухудшались и звучали совсем не так, как оригинал.

После того как было подтверждено, что песня полностью деградировала, птицы молчали 10 дней. По истечении этого времени зебрам снова разрешили петь, и они внезапно обрели способность правильно петь свои песни, как ни в чем не бывало. Важно отметить, что во время периода молчания птицы не слышали никаких других песен или звуков, а это означает, что они не учили песню заново — скорее, птицы смогли перепрограммировать свой собственный мозг, чтобы получить доступ к памяти своей исходной песни. используя только оставшиеся 30% нейронов HVC.

Исследователи предполагают, что, хотя животные не пели, пока бодрствовали, они, возможно, «мечтали» свои песни во время сна, что позволяло их мозгу перепрограммироваться. Точно так же, как наши сны имитируют наши переживания, когда мы бодрствуем, мозг птиц также переживает «воспроизведение сна». Команда предполагает, что мозг, по сути, восстанавливается во время так называемой оффлайн-активности.

Далее исследователи стремятся отобразить активность мозга вьюрков после генетического повреждения, пока птицы спят. Это позволит команде наблюдать закономерности активности нейронов в HVC и определять, перестраивается ли эта область во время сна.

Неизменность песен зебровых амадин на протяжении длительных периодов времени делает их мощной модельной системой для понимания того, как мозг производит поведение. Поскольку песня одинакова каждый раз, когда ее поют, исследователи могут выявить точные корреляции между активностью мозга и поведением и обнаружить мельчайшие различия. Другие модельные системы, такие как мыши, имеют гораздо больше вариаций в своем поведении (например, мышь не всегда перемещается по лабиринту одинаково).

О мозге остается много вопросов, на которые Лоис надеется ответить, используя вьюрков в качестве модельной системы.

«Оригинальная песня хранится где-то в мозгу, и животным каким-то образом удается получить к ней доступ и использовать эту информацию, чтобы перепрограммировать себя», — говорит Лоис. «Никто на самом деле не знает, как мы храним воспоминания в мозгу и как мы получаем к ним доступ. Очень многое еще совершенно неизвестно о том, как функционирует мозг».