Cum cântecul privighetoare creează note discordante - înțelegerea experimentelor pe animale
La Institutul Max Planck pentru Ornitologie din Seewiesen, neurobiologul Dr. Daniela Vallentin și echipa ei la privighetoare. Foto: Dr. Susanne Seltmann (Ornitologie MPI)
Cum reușește creierul să permită o comunicare complexă între specifici? Neurobiologul Dr. Daniela Vallentin folosind exemplul cântecelor virtuoase ale privighetoarelor. Împreună cu grupul ei de lucru, ar dori să folosească păsările cântătoare pentru a înțelege mai bine baza neuronală pentru producția interactivă de cântece în creier.
Inițial, acest lucru ar trebui făcut de către renumit Consiliul European pentru Cercetare ERC proiect excelent finanțat cu 1,5 milioane de euro va fi realizat la Universitatea Liberă din Berlin. Dar a devenit rapid o problemă politică acolo. Drept urmare, Daniela Vallentin și grupul ei de lucru au fost ținta adversarilor extremi ai experimentelor pe animale și a campaniilor pe internet și chiar au trebuit să își protejeze personal. Neurobiologul lucrează la Institutul de Ornitologie Max Planck din Seewiesen, Bavaria, din 2019, unde își implementează proiectul de cercetare.
În interviu, tânăra om de știință explică contextul și implementarea practică a proiectului de cercetare și vorbește despre modul în care se ocupă de critica publică.
Ce îți place la cercetarea ta?
Dr. Daniela Vallentin este neurobiologă la Institutul de Ornitologie Max Planck din Seewiesen. Foto: Dr. Susanne Seltmann (Ornitologie MPI)
Dr. Daniela Vallentin: Indiferent dacă mergem cu bicicleta, vorbim, ne legăm pantofii sau fluierăm o melodie - multe astfel de activități de zi cu zi ni se par naturale și fără efort. Este cu atât mai fascinant că procesele motorii necesare pentru aceasta trebuie mai întâi învățate cu mult efort și multă practică înainte ca acestea să devină un succes sigur. Cum învățăm astfel de mișcări? Și cum se schimbă creierul nostru pentru a putea păstra și aplica ceea ce tocmai am învățat? Aceste întrebări mă inspiră și conduc activitatea mea de cercetare.
Aș dori, de asemenea, să înțeleg mai bine cum reușim să comunicăm cu cuvinte, adică cu sunete pentru a fi mai precis. Gândiți-vă la ultima conversație bună pe care ați avut-o. Probabil că ați ascultat persoana care vă vorbea și în același timp ați gândit un răspuns cu care ați reacționat doar câteva sute de milisecunde mai târziu. Dacă nu ați fost de acord, s-ar putea chiar să vă fi tăiat linia. Și oricât de natural vi se pare în acest moment, această abilitate reprezintă o putere creierului incredibil de complexă. Din păcate, știm foarte puțin despre modul în care creierul nostru face această așa-numită comunicare vocală, adică abilitatea de a asculta și de a reacționa în mod specific la ceea ce tocmai a fost auzit, comenzi.
De ce privighetoare?
Vallentin: privighetoarele sunt în general lăudate pentru cântecul lor frumos, mai ales faptul că cântă atât de indispensabil primăvara aproape 24 de ore, fascinează mulți oameni. Cu toate acestea, adevărata capodoperă se află în altă parte: bărbații nu încep doar să cânte, ci interacționează între ei, la fel ca o conversație umană. Privighetoarele masculine au un repertoriu de până la 200 de strofe diferite, care pot fi combinate și cântate alternativ, după cum este necesar. Cu toate acestea, acest lucru nu se face la întâmplare, așa cum se întâmplă cu multe alte specii de păsări cântătoare. Cântăreții ascultă cu atenție vecinii - chiar și în timp ce cântă - și încorporează cântarea de felul lor în propriul lor cântat - sau chiar încearcă să „o facă mai bine”. Deși acest fenomen este cunoscut de mult, la începutul acestui proiect grupul meu de lucru a fost atât de impresionat de acest comportament încât am petrecut multe nopți ascultând privighetoarele în mediul lor natural, înregistrându-le și „conversațiile” lor. deci pentru a înțelege mai bine.
Ce probleme erau?
Nu am fost vizați de emoții din cauza unui scandal sau a implementării experimentelor neautorizate, ci pur și simplu pentru că vrem să lucrăm cu privighetoarea. După cum am spus, bineînțeles că nu am ales acest animal fascinant pentru cercetarea noastră la întâmplare, ci dintr-un motiv întemeiat.
Când vine vorba de testarea pe animale în general, nu mă miră rezistența și o înțeleg parțial. Experimentele pe animale, în ciuda reglementării lor stricte, sunt întotdeauna discutate în mod critic, și asta este bine. Totuși, ceea ce m-a surprins este natura disproporționată cu care organizațiile de mărimea Asociației Berlinului pentru Protecția Animalelor atacă persoane individuale fără a le oferi ocazia să comenteze. O petiție online îndreptată împotriva noastră, de exemplu, nu conține nume sau adrese de e-mail, dar faptul că acestea au fost completate rapid în comentarii și, prin urmare, accesibile tuturor era previzibil și, din păcate, a dus la amenințări personale masive împotriva mea și a grupului meu de lucru. Acest lucru a mers atât de departe încât anul trecut, protecția personală a fost chiar necesară timp de câteva săptămâni pentru a garanta siguranța mea și a angajaților mei.
Ce anume vrei să cercetezi?
În creierul păsării există o structură care este comparabilă funcțional cu centrul limbajului uman: așa-numitul nucleu premotor HVC. Foto: Dr. Susanne Seltmann (Ornitologie MPI)
Vallentin: Cu ajutorul păsărilor cântătoare, eu și grupul nostru aș dori să explicăm mai bine elementele de bază complexe neuronale care sunt necesare pentru a învăța să cânte și pentru a produce cântarea.
Știm din creierul uman că așa-numitul cortex premotor, o regiune a creierului care include și centrul limbajului uman, este necesară pentru a produce limbajul. Cum se interacționează exact celulele nervoase individuale și zonele creierului pentru a realiza acest lucru este în mare parte necunoscut.
În creierul păsării există o structură care este comparabilă funcțional cu centrul limbajului uman: așa-numitul nucleu premotor HVC. Recent, de exemplu, un studiu a constatat că păsările cântă mai încet dacă această regiune a creierului este răcită în mod specific. Exact același studiu a fost efectuat pe oameni - pacienți cu operații cerebrale planificate care s-au oferit voluntar pentru aceste teste - cu exact același rezultat: o răcire a centrului lingvistic duce la o încetinire inconștientă a vorbirii.!
Aceasta este una dintre numeroasele dovezi că circuitele neuronale de bază funcționează similar la păsări și oameni. Desigur, creierul unei păsări nu funcționează exact ca un creier de mamifer din toate punctele de vedere și nici un creier de mamifer nu funcționează exact ca și creierul uman. Cu toate acestea, elementele de bază, adică celulele nervoase individuale, mesagerii chimici și sinapsele care sunt utilizate pentru a forma rețele neuronale, sunt în mare parte aceleași. Deci, dacă reușești să înțelegi un proces ca învățarea păsărilor de a cânta în detaliu, cvasi „la nivelul celulelor nervoase individuale”, poți trage foarte bine anumite concluzii despre alte specii de animale și deci despre oameni.
Dar tocmai pentru că această interacțiune dintre celulele nervoase individuale și regiunile creierului este atât de complexă și pentru că nu suntem interesați doar de ceea ce fac celulele nervoase individuale în sine, ci de ce efect are activitatea lor asupra întregului sistem și, în cele din urmă, asupra comportamentului animalului trebuie să ne bazăm în continuare pe cercetarea „invazivă”, adică pe cercetarea animalelor vii. Totuși, acest lucru înseamnă, de asemenea, că putem obține rezultate utile numai dacă animalele se comportă cât mai normal posibil în timpul experimentelor. Acest lucru funcționează numai dacă animalele se descurcă bine. Prin urmare, ne străduim constant să ne optimizăm metodele și să facem experimentele cât mai puțin invazive și incomode posibil pentru animale. Acest lucru corespunde și principiului 3Rs, în special rafinamentului.
Cum arată exact aceste experimente?
Vallentin: După ce eclozează tânărul privighetoare, creștem puii cu mâna. În timpul fazei de învățare, adică în primele câteva săptămâni după eclozare, jucăm apoi melodii special selectate, specifice speciei, pe care le-am înregistrat în prealabil. În acest fel, animalele învață un repertoriu vocal foarte specific pe care îl definim cu precizie. În acest fel știm ce știu și pot și nu pot face animalele. După aproximativ un an, când animalele încep să cânte activ la atingerea vârstei de reproducere, o așa-numită microdrive este atașată la capul animalului în timpul unei scurte intervenții asupra animalului anesteziat. Acesta este un dispozitiv mic care cântărește 1,6 grame, mai puțin de o monedă de 1 cent. O simplă extrapolare a greutății la condițiile umane, așa cum au făcut unii oponenți ai experimentelor pe animale, nu este utilă aici: furnicile, de exemplu, pot transporta cu ușurință de multe ori greutatea corporală. Dispozitivele de microdrive au fost chiar dezvoltate pentru păsări semnificativ mai mici, cum ar fi cintezele zebră și pot fi, de asemenea, transportate de privighetoare fără probleme, fără a le restrânge libertatea de mișcare sau comportamentul lor.
Printr-o deschidere microscopică în capacul craniului sub microdrive, un electrod subțire de napolitane poate fi introdus ulterior de la distanță și activitatea celulelor nervoase individuale poate fi măsurată în timp ce privighetoarea interacționează cu propriul său tip și cântă. Un astfel de comportament natural necesită o bunăstare foarte ridicată a animalului. Introducerea acestor electrozi, care sunt de 50 de ori mai subțiri decât părul uman, este complet nedureroasă pentru animale, deoarece nu există receptori ai durerii în creierul însuși. Pielea care a fost deschisă pentru a atașa Microdrive se vindecă rapid după operație, acest proces are loc cu administrarea de analgezice și observare constantă, la fel ca după o operație pe oameni.
Animalele rămân în mod obișnuit în experiment câteva zile. După ce măsurătorile au fost finalizate, microdrive-ul este apoi îndepărtat din nou sub un scurt anestezic, deschiderea microscopică din osul craniului este sigilată și pielea deasupra acestuia este închisă din nou. După un scurt proces de vindecare, animalele pot continua să trăiască fără durere sau complicații; revin la păstrarea ca animale de reproducere.
Ce este aprobat?
Vallentin: Întregul experiment a fost aprobat atât de guvernul din Berlin, cât și de guvernul Bavariei Superioare, înainte de a începe. Cu astfel de aprobări, toate intervențiile chirurgicale sub anestezie generală în conformitate cu Directiva UE 2010/63/UE, anexa VIII, sunt clasificate ca expunere medie, chiar dacă sunt considerate la fel de bune cât de nedureroase pe cât posibil din punct de vedere uman, datorită gestionării continue a durerii. Măsurătorile experimentale în sine sunt efectuate pe păsările treji și trebuie aplicate la fel de ușor stresante, chiar dacă, așa cum am spus, nu ne așteptăm ca păsările să fie afectate de dispozitiv și de măsurători. Desigur, pe lângă aprobarea experimentelor în sine, avem și permise de deținere și reproducere pentru privighetoarele noastre și suntem în contact permanent cu autoritățile și consultanții pentru a optimiza în continuare condițiile de viață și experimentale.
În ce condiții se păstrează privighetoarele?
Volierele sunt echipate cu diverse plante care se găsesc în mediul natural al privighetoarelor. Foto: Dr. Susanne Seltmann (Ornitologie MPI)
Vallentin: În acest moment există 12 privighetoare la institut, care sunt păstrate în voliere spațioase în aer liber, în compartimente speciale pentru perechi de reproducere (2m x 4m). Volierele sunt amenajate cât mai aproape de natură în strânsă cooperare și consultare cu crescătorii experimentați. În compartimentele protejate de intemperii de trei pereți laterali și un acoperiș translucid, animalele au acces la lămpi de căldură și apă încălzită la temperaturi scăzute, care este adesea folosită și pentru scăldat. De asemenea, sunt disponibile o mare varietate de locuri de scaun, reproducere și ascunzătoare, precum și spațiu suficient pentru a zbura nestingherit. Volierele sunt echipate cu multe plante diferite care apar în mediul natural al privighetoarelor și se ia în considerare și predilecția specială și uneori neplăcută a animalelor pentru urzici. O dietă echilibrată de fructe, legume, alimente speciale pentru consumatorii moi și o gamă largă de insecte diferite, cum ar fi viermi, furnici și greieri sunt întotdeauna disponibile. Datorită volierelor care sunt parțial deschise spre exterior, totuși, insectele sălbatice trec în continuare și - la fel ca în natură - le place să fie vânate și mâncate.
Animalele sunt inspectate zilnic de către zoologii special instruiți și de noi înșine și există doi ofițeri pentru bunăstarea animalelor la institut - inclusiv un medic veterinar - care verifică animalele și păstrarea lor cel puțin trimestrial. Dacă este necesar, medicul veterinar poate fi desigur apelat oricând pentru a verifica starea de sănătate a animalelor și, dacă este necesar, pentru a le trata. Vizitele oficiale de inspecție au loc, de obicei, de două ori pe an, desigur și neanunțate.
Care este scopul cercetării?
Vallentin: Munca noastră este cercetarea de bază. Scopul nostru este să înțelegem cum interacțiunea complexă a celulelor nervoase din creier permite comunicarea vocală. Dacă concluziile despre procesele neurobiologice la om pot fi așteptate mai târziu, nu poate fi estimat în acest moment. Așa-numita „schimbare vocală”, adică comunicarea alternativă, este afectată, printre altele, la copiii cu autism. Până în prezent, însă, motivul pentru acest lucru este în mare parte necunoscut. O contribuție la o mai bună înțelegere a bazei neuronale a unui cântec alternativ funcțional este desigur, de asemenea, de dorit în acest sens, deși nu este scopul declarat al cercetării noastre.