Функции нейронов переднего мозга схожи у млекопитающих и певчих птиц

Долгое время когнитивные функции считались прерогативой млекопитающих, так как у них развилась кора больших полушарий (БП) мозга. Певчие птицы также демонстрируют наличие познавательных способностей и сложное поведение, но их головной мозг устроен иначе. Группа ученых из США и Японии выяснила, какие структуры мозга могут способствовать развитию когнитивных функций у птиц.

Аналогом коры больших полушарий у позвоночных, не относящихся к млекопитающим, является паллиум (мантия мозга). У птиц паллиум отвечает за запоминание сложных экологических раздражителей, определяет вокальные способности особи, ее способность к анализу числовой информации и принятию решений на основе абстрактных правил. Авторы новой работы изучили строение паллиума зебровой амадины (Taeniopygia guttata), певчей птицы семейства вьюрковых ткачиков, и обнаружили сходство между нейронами паллиума и коры БП млекопитающих.

В каудомедиальном нидопаллиуме (NCM, слуховая структура паллиума) птиц находится зона слуховой памяти и индивидуального сознания. Физиология нейронов данной зоны сходна с физиологией возбуждающих и тормозных нейронов коры млекопитающих. У млекопитающих промотор гена CaMKIIα (кодирует альфа-субъединицу кальций/кальмодулин-зависимой протеинкиназы 2 типа) запускает работу возбуждающих нейронов. Активация ингибирующих нейронов опосредована промотором GAD1 (кодирует ГАМК-продуцирующую глутаматдекарбоксилазу 1).

Ученые исследовали нейроны NCM птиц с помощью оптогенетических методов. В NCM амадин вводили аденоассоциированные вирусы, кодирущие опсины, которые экспрессировались под контролем промоторов CaMKIIα либо GAD1. Анализ выявил два различных типа нейронов. Паттерны их активации и соотношение соответствовали таковым для CaMKIIα и GAD1 нейронов млекопитающих.

CaMKIIα и GAD1 нейроны обладают своими физиологическими особенностями. У млекопитающих при воздействии деполяризационных волн возбуждающие нейроны демонстрируют аккомодационный ответ. Для ингибирующих нейронов характерен тонический ответ. В экспериментах in vitro и in vivo при воздействии деполяризационных волн соответствующие нейроны птиц имели схожие реакции. Ученые также установили, что CaMKIIα нейроны воспринимают более специфичные раздражители, в то время как GAD1 нейроны реагируют на большее количество стимулов.

Таким образом, исследователи доказали, что нейроны коры БП млекопитающих и соответствующие им нейроны в NCM у птиц обладают большим сходством в условиях оптогенетического контроля. Авторы предполагают, что нейроны паллиума предков амниот (монофилетической группы, к которой относятся, в частности, млекопитающие и птицы) имели ряд физиологических характеристик, которые лежат в основе формирования когнитивных функций животных.