Недавно обнаруженная схема управляет двумя действиями, необходимыми для звучания: сужением гортани и выдыханием воздуха из легких. Ученые также выяснили, что этот механизм находится под контролем области ствола мозга, которая регулирует ритм дыхания, что обеспечивает его преобладание над речью, сообщает Массачусетский технологический институт.
«Когда нужно вдохнуть, вы должны прекратить издавать звук. Мы обнаружили, что нейроны, контролирующие звучание, получают прямой тормозной сигнал от генератора дыхательного ритма», – говорит Фань Ванг, профессор когнитивных наук и мозга Массачусетского технологического института и старший автор исследования, опубликованного в журнале Science.
Расположенные в гортани, голосовые связки представляют собой две мышечные ленты, которые могут открываться и закрываться. Когда они в основном закрыты, воздух, выдыхаемый из легких, проходит через связки, создавая звук.
Команда MIT решила изучить, как мозг контролирует этот процесс, используя модель мыши. Грызуны общаются друг с другом с помощью звуков, известных как ультразвуковые вокализации (УЗВ), которые производятся с помощью уникального свистящего механизма, выдыхая воздух через небольшое отверстие между почти сомкнутыми голосовыми связками.
Чтобы выяснить механизм дыхания, ученые использовали метод, позволяющий составить карту синаптических связей между нейронами. В результате выяснилось, что одним из основных источников иннервации является группа премоторных нейронов, расположенных в заднем отделе мозга под названием ретроамбигуальное ядро (RAm). Предыдущие исследования показали, что эта область участвует в звучании, но не было известно, какая именно ее часть необходима и как она обеспечивает производство звука.
Ученые использовали хемогенетику и оптогенетику, чтобы изучить, что произойдет, если заглушить или стимулировать активность премоторных нейронов. Когда исследователи блокировали нейроны RAmVOC, мыши больше не могли издавать звуки. Их голосовые связки не закрывались, а мышцы живота не сокращались, как это обычно происходит во время выдоха для звучания. И наоборот, при активации нейронов RAmVOC голосовые связки закрывались, мыши выдыхали и издавали звуки.
«Дыхание – это потребность выживания. Даже если этих нейронов достаточно, чтобы вызвать звук, они находятся под контролем дыхания, которое может отменить нашу оптогенетическую стимуляцию», – говорит Ванг.
Дополнительное синаптическое картирование показало, что нейроны в части ствола мозга, называемой комплексом пре-Бётцингера, который действует как генератор ритма вдоха, обеспечивают прямой тормозной вход для нейронов RAmVOC. Таким образом, дыхание остается доминирующим над речью, и мы вынуждены делать паузы для дыхания во время разговора.
Ученые считают, что, хотя производство речи у человека сложнее, чем у мышей, схема, которую они выявили, играет главную роль в производстве речи и дыхании у людей. Теперь исследователи надеются изучить, как другие функции, такие как кашель и глотание пищи, могут быть затронуты мозговыми цепями, контролирующими дыхание и голос.
[Фото: ru.123rf.com]
