A csalogány dala hogyan hoz létre ellentmondásos hangokat - megértve az állatkísérleteket
A seewieseni Max Planck Ornitológiai Intézetben neurobiológus dr. Daniela Vallentin és csapata a csalogányokon. Fotó: Dr. Susanne Seltmann (MPI ornitológia)
Hogyan képes az agy komplex kommunikációt lehetővé tenni a fajtársak között? A neurobiológus Dr. Daniela Vallentin a csalogányok virtuóz dalainak példáján. Munkacsoportjával együtt az énekesmadarakkal szeretné jobban megérteni az agy interaktív dalgyártásának idegi alapjait.
Eredetileg ezt a nevesnek kell elvégeznie Európai Kutatási Tanács ERC kiváló, 1,5 millió euróval finanszírozott projektet hajtanak végre a berlini Szabadegyetemen. De ott hamar politikai kérdéssé vált. Ennek eredményeként Daniela Vallentin és munkacsoportja az állatkísérletek és az internetes kampányok szélsőséges ellenzői célpontja volt, sőt személyes védelmet is igénybe kellett venniük. A neurobiológus 2019 óta dolgozik a bajor Seewiesenben található Max Planck Ornitológiai Intézetben, ahol kutatási projektjét hajtja végre.
Az interjúban a fiatal tudós elmagyarázza a kutatási projekt hátterét és gyakorlati megvalósítását, és arról beszél, hogyan kezeli a nyilvános kritikákat.
Mit szeretsz a kutatásodban?
Dr. Daniela Vallentin a seewieseni Max Planck Ornitológiai Intézet neurobiológusa. Fotó: Dr. Susanne Seltmann (MPI ornitológia)
Dr. Daniela Vallentin: Függetlenül attól, hogy biciklizünk, beszélgetünk, kötözzük a cipőnket vagy fütyülünk egy dallamot - sok ilyen mindennapi tevékenység természetesnek és könnyednek tűnik számunkra. Annál lenyűgözőbb, hogy az ehhez szükséges motoros folyamatokat először nagy erőfeszítéssel és sok gyakorlással kell megtanulni, mielőtt azok biztos sikerré válnának. Hogyan tanulhatunk meg ilyen mozdulatokat? És hogyan változik az agyunk, hogy megtartsuk és alkalmazhassuk az imént tanultakat? Ezek a kérdések inspirálnak és ösztönzik a kutatómunkámat.
Szeretném jobban megérteni azt is, hogyan sikerül kommunikálni a szavakkal, vagyis a pontos hangokkal. Gondoljon csak az utolsó jó beszélgetésre. Valószínűleg meghallgatta a hozzád beszélő személyt, és egyúttal olyan választ is kitalált, amelyre csak néhány száz milliszekundummal később reagáltál. Ha nem értett egyet teljesen, akkor akár elvághatta a vonalát is. És bármennyire természetesnek tűnik ez a pillanat számodra, ez a képesség hihetetlenül összetett agyi erőt képvisel. Sajnos egyelőre nagyon keveset tudunk arról, hogy az agyunk hogyan hajtja végre ezt az úgynevezett vokális kommunikációt, vagyis azt a képességet, hogy figyeljünk és reagáljunk a most hallottakra, vezérlők.
Miért csalogányok?
Vallentin: A csalogányokat általában dicsérik gyönyörű dalukért, különösen azért, mert tavasszal szinte éjjel-nappal ilyen nélkülözhetetlenül énekelnek, sok embert elbűvöl. Az igazi remekmű azonban valahol másutt rejlik: a hímek nem csak énekelni kezdenek, hanem kölcsönhatásba lépnek egymással, akárcsak egy emberi beszélgetés. A hím csalogányok repertoárja akár 200 különböző versszak, amelyek szükség szerint felváltva kombinálhatók és énekelhetők. Ez azonban nem véletlenszerűen történik, mint sok más énekesmadár faj esetében. Az énekesek figyelmesen hallgatják a szomszédokat - még énekük közben is -, és beépítik a saját fajtájú énekeket saját énekeikbe - vagy akár megpróbálják "jobban csinálni". Bár ez a jelenség már régóta ismert, a projekt kezdetén munkacsoportomat annyira lenyűgözte ez a viselkedés, hogy sok éjszakát töltöttünk a csalogányok természetes környezetükben történő hallgatásával, rögzítve őket és a "beszélgetéseiket". hogy jobban megértsem.
Milyen problémák voltak?
Az érzelmek nem botrány vagy jogosulatlan kísérletek miatt nem céloztak minket, hanem pusztán azért, mert együtt akarunk működni a csalogánnyal. Mint mondtam, természetesen nem véletlenszerűen választottuk ezt a lenyűgöző állatot a kutatásunkhoz, hanem jó okkal.
Ha általában az állatkísérletekről van szó, akkor nem lep meg az ellenállás, és részben meg tudom érteni. Az állatkísérleteket a szigorú szabályozás ellenére mindig kritikusan megvitatják, és ez is rendben van. Ami azonban meglepett, az az aránytalan természet, amellyel a berlini Állatvédő Egyesület nagyságú szervezetei megtámadják az egyes embereket anélkül, hogy lehetőséget adnának nekik észrevételekre. Egy ellenünk irányított online petíció például nem tartalmaz nevet vagy e-mail címet, de az a tény, hogy ezeket gyorsan kiegészítették megjegyzésekben, és ezért mindenki számára elérhető volt, előre látható volt, és sajnos hatalmas személyes fenyegetésekhez vezetett ellenem és a munkacsoportommal szemben. Ez olyan messzire ment, hogy tavaly a 24 órás személyes védelemre még néhány hétig szükség volt, hogy garantálhassam az én és az alkalmazottaim biztonságát.
Mit szeretnél pontosan kutatni?
A madár agyában van egy szerkezet, amely funkcionálisan összehasonlítható az emberi nyelvi centrummal: az úgynevezett premotoros mag HVC. Fotó: Dr. Susanne Seltmann (MPI ornitológia)
Vallentin: Énekesmadarak segítségével a csoportommal jobban meg szeretnénk magyarázni azokat a komplex idegi alapokat, amelyek az ének tanulásához és az énekléshez szükségesek.
Az emberi agyból tudjuk, hogy az úgynevezett premotoros kéreg, az agy régiója, amely magában foglalja az emberi nyelvi központot is, szükséges a nyelv előállításához. Hogy az egyes idegsejtek és agyterületek pontosan hogyan lépnek kölcsönhatásba ennek elérése érdekében, nagyrészt nem ismert.
A madár agyában van egy szerkezet, amely funkcionálisan összehasonlítható az emberi nyelvi centrummal: az úgynevezett premotoros mag HVC. Nemrégiben például egy tanulmány megállapította, hogy a madarak lassabban énekelnek, ha az agy ezen régióját kifejezetten lehűtik. Pontosan ugyanazt a vizsgálatot végezték olyan embereken - olyan betegeknél, akiknek agyi operációja volt, és akik önként jelentkeztek ezekre a tesztekre - pontosan ugyanazzal az eredménnyel: a nyelvi központ lehűlése tudattalan lelassuláshoz vezet!
Ez egyike annak a sok bizonyítéknak, hogy az alapvető idegi áramkörök hasonlóan működnek a madaraknál és az embereknél is. Természetesen a madár agya nem minden tekintetben működik pontosan úgy, mint egy emlős agy, és egyetlen emlős agy sem működik pontosan úgy, mint az emberi agy. Az alapvető építőelemek, vagyis az idegsejtek, a kémiai hírvivők és a szinapszisok, amelyeket ideghálózatok kialakítására használnak, nagyrészt azonosak. Tehát, ha sikerül megértenie egy olyan folyamatot, mint a madarak énekének megtanulása részletesen, kvázi „az egyes idegsejtek szintjén”, akkor nagyon jól levonhat bizonyos következtetéseket más állatfajokról és így az emberekről.
Pontosan azért, mert az idegsejtek és az agyi régiók közötti ilyen kölcsönhatás olyan összetett, és mert nemcsak az érdekel minket, hogy az egyes idegsejtek önmagukban mit csinálnak, hanem az, hogy tevékenységük milyen hatással van az egész rendszerre és végső soron az állat viselkedésére továbbra is támaszkodnunk kell az „invazív” kutatásokra, vagyis az élő állatok kutatására. Ez azonban azt is jelenti, hogy csak akkor érhetünk el hasznos eredményeket, ha az állatok a kísérletek során a lehető leg normálisabban viselkednek. Ez csak akkor működik, ha az állatok jól teljesítenek. Ezért folyamatosan arra törekszünk, hogy optimalizáljuk módszereinket, és hogy a kísérletek minél kevésbé invazívak és kellemetlenebbek legyenek az állatok számára. Ez megfelel a 3Rs elvnek, különösen a finomításnak.
Hogyan néznek ki pontosan ezek a kísérletek?
Vallentin: Miután a fiatal csalogányok kikelnek, kézzel neveljük a fiatalokat. A tanulási szakaszban, vagyis a kikelés utáni első hetekben ezután speciálisan kiválasztott, fajspecifikus dalokat játszunk, amelyeket előzetesen rögzítettünk. Ily módon az állatok egy nagyon specifikus vokális repertoárt tanulnak meg, amelyet pontosan meghatározunk. Ily módon tudjuk, hogy az állatok mit tudnak, és mit nem, és mit nem. Körülbelül egy év elteltével, amikor az állatok aktívan énekelni kezdenek, amikor elérik a reproduktív kort, az altatott állaton végzett rövid beavatkozás során egy úgynevezett mikrohajtást rögzítenek az állat fejéhez. Ez egy apró készülék, amelynek tömege 1,6 gramm, kevesebb, mint 1 centes érme. A tömeg egyszerű extrapolálása az emberi körülményekre, mint ahogy az állatkísérletek néhány ellenzője tette, itt nem segít: a hangyák például testtömegük sokszorosát képesek gond nélkül elviselni. A mikrohajtó készülékeket még lényegesen kisebb madarak, például zebra pintyek számára is kifejlesztették, és a csalogányok gond nélkül hordozhatják őket anélkül, hogy korlátoznák a mozgás szabadságát vagy viselkedésüket.
A mikrohajtás alatti koponyatükörben található mikroszkópos nyíláson keresztül később ostyavékony elektródát lehet távolról behelyezni, és mérni lehet az egyes idegsejtek aktivitását, miközben a csalogány kölcsönhatásba lép saját fajai más tagjaival és énekel. Egy ilyen természetes viselkedéshez az állat nagyon nagy jóléte szükséges. Ezeknek az emberi szőrnél 50-szer vékonyabb elektródáknak a behelyezése teljesen fájdalommentes az állatok számára, mivel magában az agyban nincsenek fájdalomreceptorok. A Microdrive rögzítésére kinyitott bőr a műtét után gyorsan meggyógyul, ez a folyamat fájdalomcsillapítók beadásával és folyamatos megfigyeléssel megy végbe, akárcsak az emberen végzett műtét után.
Az állatok általában néhány napig tartózkodnak a kísérletben. A mérések befejezése után a mikrohajtást rövid érzéstelenítés alatt ismét eltávolítjuk, a koponyacsontban lévő mikroszkopikus nyílást lezárjuk, és a felette lévő bőrt ismét lezárjuk. Rövid gyógyulási folyamat után az állatok fájdalomtól és szövődményektől mentesen élhetnek tovább; tenyészállatként visszatérnek a tartásra.
Mi jóváhagyott?
Vallentin: Az egész kísérletet mind a berlini kormány, mind a felső-bajor kormány jóváhagyta, még mielőtt megkezdődött volna. Ilyen jóváhagyások esetén az általános érzéstelenítés alatt álló összes műtéti beavatkozást a 2010/63/EU EU irányelv VIII. Mellékletével összhangban általában közepes expozíciónak minősítik, még akkor is, ha az emberi megítélés szerint ugyanolyan jónak, mint fájdalommentesnek tartják a folyamatos fájdalomkezelés révén. Magukat a kísérleti méréseket az ébren lévő madáron hajtják végre, és enyhén megterhelőnek kell lenniük, még akkor is, ha - mint mondtam - nem számítunk arra, hogy a madarakat érinti az eszköz és a mérések. Természetesen a kísérletek jóváhagyása mellett birtoklási és tenyésztési engedélyekkel is rendelkezünk csalogányaink számára, és folyamatosan kapcsolatban vagyunk hatóságokkal és tanácsadókkal az élet- és kísérleti feltételek további optimalizálása érdekében.
Milyen körülmények között tartják a csalogányokat?
A madárházak különféle növényekkel vannak felszerelve, amelyek a csalogányok természetes környezetében találhatók. Fotó: Dr. Susanne Seltmann (MPI ornitológia)
Vallentin: Jelenleg 12 csalogány található az intézetben, amelyeket tágas szabadtéri madárházakban tartanak, speciális tenyészpár rekeszekben (2m x 4m). A madárházakat a lehető legközelebb a természethez állítják fel szoros együttműködésben és a tapasztalt tenyésztőkkel konzultálva. Az időjárástól három oldalfal és egy áttetsző tető által védett rekeszekben az állatoknak alacsony hőmérsékleten hő lámpák és fűtött víz áll a rendelkezésükre, amelyet gyakran használnak fürdőzésre is. Sokféle ülő-, tenyész- és búvóhely, valamint elegendő hely akadálytalan repüléshez is rendelkezésre áll. A madárházakat sokféle növény látja el, amelyek a csalogányok természetes környezetében fordulnak elő, és figyelembe veszik az állatok csalánra gyakorolt különleges és néha kellemetlen hajlamát is. Kiegyensúlyozott étrend: gyümölcs, zöldség, speciális ételek lágy evőknek és különféle rovarok, például lisztférgek, hangyák és tücskök széles választéka áll rendelkezésre. A részben kifelé nyitott madárházak miatt azonban a vadon élő rovarok folyamatosan elhaladnak mellettük, és - akárcsak a természetben - vadászni és enni szeretnek.
Az állatokat naponta ellenőrzik a speciálisan képzett állattartók és mi magunk. Az intézetben két állatjóléti tiszt - köztük állatorvos - van, akik legalább negyedévente ellenőrzik az állatokat és tartásukat. Szükség esetén az állatorvost természetesen bármikor fel lehet hívni, hogy ellenőrizze az állatok egészségét és szükség esetén kezelje őket. A hivatalos ellenőrző látogatásokra általában évente kétszer kerül sor, természetesen szintén előre nem bejelentve.
Mi a kutatás célja?
Vallentin: Munkánk alapvető kutatás. Célunk megérteni, hogy az agy idegsejtjeinek összetett kölcsönhatása miként teszi lehetővé a hangos kommunikációt. Az, hogy később várhatók-e következtetések az emberek neurobiológiai folyamatairól, nem becsülhető meg ebben az időpontban. Az úgynevezett „hangos fordulat felvétele”, azaz a váltakozó kommunikáció, többek között autista gyermekeknél is károsodott. Eddig azonban ennek oka nagyrészt ismeretlen. Természetesen e tekintetben is kívánatos a hozzájárulás egy működő váltakozó dal neurális alapjainak jobb megértéséhez, bár ez nem a kutatásunk deklarált célja.