Ученые выяснили, в чем секрет высокого интеллекта мышей

Недавние исследования показали: мыши общаются друг с другом с помощью довольно сложных ультразвуковых сообщений, отдаленно напоминающих пение. Это позволило предположить, что у грызунов есть зачатки сознания. А значит, на них можно изучать психические и поведенческие расстройства человека.

Вопреки устоявшимся стереотипам, лабораторные мыши, чаще всего используемые в научных исследованиях, — не белые, а серо-черные. Это инбредная линия (то есть генетически однородная, характеризующаяся близкородственными скрещиваниями) C57BL/6 (Black 6), выведенная еще в 1921 году американской лабораторией Jackson Laboratory. За прошедшие сто лет представители этого обширного семейства помогли в испытаниях тысяч лекарств и новых способов лечения и диагностики, опробовали на себе геномный редактор CRISPR/Cas9 и даже побывали на космических шаттлах и МКС.

Мыши линии Black 6 неприхотливы и легко размножаются. С ними настолько приятно работать, что исследователи закрывают глаза даже на их пристрастие к спиртному и тяжелым наркотикам — об этих вредных привычках прямо говорится на сайте Jackson Laboratory. Кроме того, эти грызуны чувствительны к боли и шуму, склонны к ожирению, диабету и атеросклерозу, а в преклонном возрасте (в их случае это 10 месяцев) могут потерять слух. На первый взгляд, довольно сомнительный подопытный зверь.

"Для моделирования болезней нужны животные. Конечно, ближе всего к человеку приматы, но исследования на них очень дороги и велико (и растет!) давление общества против экспериментов на обезьянах. Поэтому сегодня на мышах моделируют много разных, в том числе и неврологических, заболеваний — даже расстройства аутистического спектра и шизофрению в тяжелых формах. Но для таких моделей нужно выжать из мышей хоть какие-нибудь когнитивные способности. Ведь если, допустим, предстоит выявить связь между определенным геном и низким интеллектом, то логично отключить этот ген и посмотреть: животное поглупело или поумнело? И оказалось, что лучше всего об умственных возможностях грызунов говорят не задачки, вроде "найди выход из лабиринта" или "запомни местоположение кормушки", а вокализации", — рассказал РИА Новости сотрудник Института биологии и медицины Нижегородского государственного университета имени Лобачевского Александр Иваненко.

В течение последних двух лет Иваненко с коллегами из Нидерландов и Германии пытался создать наиболее простой алгоритм расшифровки таких мышиных вокализаций — сложных последовательностей звуков, лежащих в диапазоне между 50 и 100 килогерцами и не воспринимаемых человеческим ухом. В результате ученые доказали, что самки и самцы поют разные "песни". Они обучили искусственные нейронные сети распознавать пол самого "певца" и его визави.

"В вокализациях толком еще никто не разобрался, но все подозревают, что какие-то мыслительные процессы за этим есть — спектрограммы явно несут какую-то семантику. Если понять, что стоит за структурой вокализаций, то можно начать выключать разные гены и смотреть, что в этой структуре изменилось. То есть это потенциальный источник новых моделей для всякой неврологии (в том числе для речевых расстройств)", — объясняет Александр Иваненко.

К похожим выводам пришли и американские нейробиологи, проанализировавшие "синтаксис" вокализаций грызунов и доказавшие, что определенные генетические мутации могут сделать этих животных "косноязычными".

Самцов мышей с дефектным аналогом гена Foxp2 (у человека он вызывает специфическое расстройство речи) помещали в разный социальный контекст: сначала в клетку с бодрствующей или спящей самкой, потом со спящим самцом, а под конец в клетку с мочой самки. Каждый раз исследователи записывали ультразвуковую вокализацию грызунов. Оказалось, что мелодия, напеваемая самцами, сильно зависит от ситуации. Например, при встрече с представительницами прекрасного пола мыши фактически начинали петь серенады, а сама вокализация состояла из сложной последовательности высоких и низких звуков и была похожа на щебет птиц.

Хорошо петь получалось только у самцов с нормальным вариантом гена. Особи с мутациями в Foxp2 были не способны на такую вокализацию, а допускаемые ими неточности были сопоставимы с нарушениями речи, которые встречаются у людей.

Мыши способны моделировать свои вокализации и обучать им друг друга. Биологи из университета Дьюка в Северной Каролине (США) в течение нескольких месяцев наблюдали за двумя десятками грызунов, обладающих голосами разной высоты. Оказалось, что если двух самцов поселить вместе, то они будут подстраивать тон своих голосов друг под друга до тех пор, пока не запоют в унисон. Причем подстраивать высоту своего голоса будет меньший по размерам самец.

Такая способность называется вокальным научением и в природе встречается довольно редко — только у некоторых видов птиц (попугаев и скворцов), китов, дельфинов, тюленей, слонов и летучих мышей. Все эти животные, в том числе и грызуны, обладают специализированными мозговыми структурами и поведенческими чертами, которые позволяют им запоминать песни сородичей. Причем у мышей области мозга, ответственные за вокализацию, находятся в лобных долях, в точности как у людей.

По мнению Александра Иваненко, в будущем изучение именно этих структур позволит точно определить уровень когнитивных способностей мышей и ответить на многие вопросы, касающиеся работы человеческого мозга.

"Архитектура слухового кортекса (слуховая кора головного мозга. — Прим. ред.) у мышей определяется структурой воспринимаемых стимулов — бытие определяет сознание. Поняв одно, можно получить понимание другого", — полагает эксперт.