Ako pieseň slávika vytvára nesúhlasné poznámky - porozumenie pokusom na zvieratách
Na Ornitologickom ústave Maxa Plancka v Seewiesene neurobiológ Dr. Daniela Vallentin a jej tím o slávikoch. Foto: Dr. Susanne Seltmann (MPI Ornithology)
Ako dokáže mozog umožniť komplexnú komunikáciu medzi rovnakými druhmi? Neurobiológ Dr. Daniela Vallentin na príklade virtuóznych piesní slávikov. Spolu so svojou pracovnou skupinou by chcela využiť spevavce na lepšie pochopenie nervového základu pre interaktívnu tvorbu piesní v mozgu.
Pôvodne by to mali robiť renomovaní Európska rada pre výskum ERC vynikajúci projekt financovaný z 1,5 milióna eur sa uskutoční na Slobodnej univerzite v Berlíne. Tam sa to však rýchlo stalo politickou otázkou. Výsledkom bolo, že Daniela Vallentin a jej pracovná skupina boli terčom extrémnych odporcov pokusov na zvieratách a internetových kampaní a museli dokonca podstúpiť osobnú ochranu. Neurobiológ pracuje od roku 2019 v Ornitologickom ústave Maxa Plancka v bavorskom Seewiesene, kde realizuje svoj výskumný projekt.
V rozhovore mladá vedkyňa vysvetľuje pozadie a praktickú realizáciu výskumného projektu a hovorí o tom, ako sa stavia ku kritike verejnosti.
Čo sa vám na vašom výskume páči?
DR. Daniela Vallentin je neurobiologička z Ornitologického ústavu Maxa Plancka v Seewiesene. Foto: Dr. Susanne Seltmann (MPI Ornithology)
DR. Daniela Vallentin: Bez ohľadu na to, či jazdíme na bicykloch, rozprávame sa, zväzujeme si topánky alebo pískame melódiu - veľa takýchto každodenných činností sa nám zdá prirodzených a bez námahy. O to fascinujúcejšie je, že motorické procesy potrebné na to sa musia naučiť s veľkým úsilím a praxou skôr, ako sa stanú úspešnými. Ako sa naučíme také pohyby? A ako sa mení náš mozog, aby sme si mohli uchovať a uplatniť to, čo sme sa práve naučili? Tieto otázky ma inšpirujú a posúvajú moju výskumnú prácu.
Chcel by som tiež lepšie pochopiť, ako sa nám darí komunikovať slovami, teda presnými zvukmi. Pomysli len na posledný dobrý rozhovor, ktorý si mal. Pravdepodobne ste počúvali osobu, ktorá s vami hovorí, a zároveň ste si vymysleli odpoveď, s ktorou ste zareagovali až o niekoľko stoviek milisekúnd. Ak ste celkom nesúhlasili, možno ste si skrátili hranicu. A ako sa vám to v súčasnosti zdá prirodzené, táto schopnosť predstavuje neuveriteľne zložitú mozgovú silu. Bohužiaľ vieme len veľmi málo o tom, ako náš mozog vykonáva túto takzvanú hlasovú komunikáciu, t. J. Schopnosť načúvať a konkrétne reagovať na to, čo práve bolo počuť., ovládacie prvky.
Prečo sláviky?
Vallentin: Sláviky sú všeobecne chválené za krásny spev, najmä skutočnosť, že na jar tak skoro nevyhnutne spievajú tak nepostrádateľne, veľa ľudí fascinuje. Skutočné majstrovské dielo však spočíva niekde inde: muži nielenže začnú spievať, ale aj navzájom komunikujú, podobne ako ľudský rozhovor. Mužskí slávici majú repertoár až 200 rôznych strof, ktoré je možné podľa potreby kombinovať a spievať. To sa však nerobí náhodne, ako to býva u mnohých iných druhov spevavcov. Speváci pozorne počúvajú susedov - aj keď spievajú - a do vlastného spevu začleňujú spev svojho druhu - alebo sa dokonca snažia „robiť to lepšie“. Aj keď je tento jav už dlho známy, na začiatku tohto projektu bolo na moje pracovné skupiny toto správanie tak ohromené, že sme veľa nocí strávili počúvaním slávikov v ich prirodzenom prostredí, zaznamenávaním ich a ich „rozhovorov“ aby som lepšie pochopil.
Aké boli problémy?
Emócie sa na nás nestali terčom škandálu alebo realizácie nepovolených experimentov, ale čisto z toho dôvodu, že chceme pracovať so slávikom. Ako som už povedal, samozrejme sme si toto fascinujúce zviera nevybrali pre náš výskum náhodne, ale z dobrého dôvodu.
Pokiaľ ide o všeobecné testovanie na zvieratách, odpor ma neprekvapuje a čiastočne mu rozumiem. Napriek prísnym predpisom sa o testovaní na zvieratách vždy diskutuje kriticky, a to je tiež v poriadku. Čo ma však prekvapilo, je neprimeraný spôsob, akým organizácie veľkosti Berlínskeho združenia pre dobré životné podmienky zvierat útočia na jednotlivých ľudí bez toho, aby im dávali príležitosť sa k tomu vyjadrovať. Napríklad online petícia namierená proti nám neobsahuje žiadne mená ani e-mailové adresy, ale skutočnosť, že boli rýchlo doplnené v komentároch, a preto sú prístupné všetkým, sa dala predvídať a bohužiaľ viedla k obrovským osobným hrozbám pre mňa a moju pracovnú skupinu. Zašlo to až tak ďaleko, že minulý rok bola dokonca nevyhnutná 24-hodinová osobná ochrana niekoľko týždňov, aby sa zaručila moja bezpečnosť a bezpečnosť mojich zamestnancov.
Čo konkrétne chcete skúmať?
V mozgu vtáka je štruktúra, ktorá je funkčne porovnateľná s centrom ľudského jazyka: takzvané premotorické jadro HVC. Foto: Dr. Susanne Seltmann (MPI Ornithology)
Vallentin: S pomocou spevavcov chcem so svojou pracovnou skupinou lepšie vysvetliť zložité neurálne základy, ktoré sú potrebné na naučenie sa spevu a produkciu spevu.
Z ľudského mozgu vieme, že na výrobu jazyka je nevyhnutná takzvaná premotorická kôra, oblasť mozgu, ktorá obsahuje aj ľudské jazykové centrum. Ako presne na to jednotlivé nervové bunky a oblasti mozgu interagujú, nie je známe.
V mozgu vtáka je štruktúra, ktorá je funkčne porovnateľná s centrom ľudského jazyka: takzvané premotorické jadro HVC. Len nedávno napríklad štúdia zistila, že vtáky spievajú pomalšie, ak je táto oblasť mozgu špeciálne ochladená. Presne rovnaká štúdia bola vykonaná na ľuďoch - pacientoch s plánovanými mozgovými operáciami, ktorí sa dobrovoľne prihlásili na tieto testy - s úplne rovnakým výsledkom: ochladenie jazykového centra vedie k nevedomému spomaleniu reči.!
Toto je jeden z mnohých dôkazov, že základné nervové obvody fungujú podobne aj u vtákov a ľudí. Samozrejme, vtáčí mozog nefunguje vo všetkých ohľadoch presne ako mozog cicavcov a žiadny mozog cicavcov nefunguje rovnako ako ľudský mozog. Základné stavebné prvky, teda jednotlivé nervové bunky, chemickí poslovia a synapsie, ktoré sa používajú na tvorbu neurónových sietí, sú však do značnej miery rovnaké. Takže ak sa vám podarí pochopiť proces, ako je napríklad vtáčie naučenie sa spievať podrobne, kvázi „na úrovni jednotlivých nervových buniek“, môžete veľmi dobre vyvodiť určité závery o iných živočíšnych druhoch, a teda aj o ľuďoch.
Ale práve preto, že táto súhra medzi jednotlivými nervovými bunkami a oblasťami mozgu je taká zložitá a pretože nás nezaujíma len to, čo jednotlivé nervové bunky robia samy o sebe, ale aj to, aký vplyv má ich činnosť na celý systém a v konečnom dôsledku aj na správanie zvieraťa stále sa musíme spoliehať na „invazívny“ výskum, to znamená na výskum živých zvierat. To však tiež znamená, že užitočné výsledky môžeme dosiahnuť, iba ak sa zvieratá budú počas experimentov správať čo najbežnejšie. Toto funguje, iba ak sa zvieratám darí. Neustále sa preto usilujeme optimalizovať naše metódy a robiť pokusy pre zvieratá čo najmenej invazívne a nepohodlné. To tiež zodpovedá princípu 3R, najmä zdokonaleniu.
Ako presne vyzerajú tieto experimenty?
Vallentin: Po vyliahnutí mladých slávikov mláďatá vychovávame ručne. Počas fázy učenia, t. J. Prvých pár týždňov po vyliahnutí, potom hráme špeciálne vybrané druhovo špecifické piesne, ktoré sme vopred zaznamenali. Týmto spôsobom sa zvieratá naučia veľmi špecifický repertoár spevu, ktorý presne definujeme. Týmto spôsobom vieme, čo zvieratá vedia, môžu a nemôžu. Asi po roku, keď zvieratá začnú aktívne spievať, keď dosiahnu reprodukčný vek, sa počas krátkeho zásahu do anestetizovaného zvieraťa pripevní na hlavu zvieraťa takzvaný mikrodrive. Toto je malé zariadenie, ktoré váži 1,6 gramu, čo je menej ako 1 cent. Jednoduchá extrapolácia hmotnosti na ľudské podmienky, ako to urobili niektorí odporcovia pokusov na zvieratách, tu nie je užitočná: napríklad mravce bez problémov unesú svoju telesnú hmotnosť. Zariadenia Microdrive boli dokonca vyvinuté pre podstatne menšie vtáky, ako sú napríklad zebrie pinky, a môžu ich bez problémov nosiť aj slávikovia bez obmedzenia ich slobody pohybu alebo správania.
Prostredníctvom mikroskopického otvoru v lebke pod mikrodrive je možné neskôr na diaľku vložiť elektródu tenkej oblátky a zmerať aktivitu jednotlivých nervových buniek, zatiaľ čo slávik interaguje so svojím vlastným druhom a spieva. Takéto prirodzené správanie si vyžaduje veľmi vysokú pohodu zvieraťa. Vloženie týchto elektród, ktoré sú 50-krát tenšie ako ľudský vlas, je pre zvieratá úplne bezbolestné, pretože v mozgu samotnom nie sú receptory bolesti. Koža, ktorá bola otvorená na pripevnenie Microdrive, sa po operácii rýchlo hojí, tento proces prebieha podaním liekov proti bolesti a neustálym pozorovaním, rovnako ako po operácii na človeku.
Zvieratá zvyčajne zostávajú v experimente niekoľko dní. Po dokončení meraní sa potom mikrodrive opäť vyberie pod krátkym anestetikom, mikroskopický otvor v lebečnej kosti sa uzavrie a koža nad ním sa opäť uzavrie. Po krátkom procese hojenia môžu zvieratá ďalej žiť bez bolesti alebo komplikácií; vracajú sa k chovu ako chovné zvieratá.
Čo je schválené?
Vallentin: Celý experiment schválila vláda v Berlíne aj vláda Horného Bavorska pred jeho začiatkom. S takýmto schválením sú všetky chirurgické zákroky v celkovej anestézii v súlade so smernicou EÚ 2010/63/EÚ, prílohou VIII, všeobecne klasifikované ako stredná expozícia, aj keď sú podľa ľudského úsudku považované za rovnako dobré ako bezbolestné prostredníctvom nepretržitej liečby bolesti. Samotné experimentálne merania sa vykonávajú na bdelom vtákovi a musia sa použiť ako mierne stresujúce, aj keď, ako som už povedal, neočakávame, že by vtáky boli ovplyvnené prístrojom a meraniami. Okrem schválenia samotných pokusov máme samozrejme aj povolenie na chov a chov našich slávikov a sme v neustálom kontakte s úradmi a konzultantmi s cieľom ďalšej optimalizácie životných a experimentálnych podmienok.
Za akých podmienok sa slávici chovajú?
Voliéry sú vybavené rôznymi rastlinami, ktoré sa nachádzajú v prírodnom prostredí slávikov. Foto: Dr. Susanne Seltmann (MPI Ornithology)
Vallentin: V súčasnosti je v ústave 12 slávikov, ktoré sú chované v priestranných vonkajších voliérach v špeciálnych chovných dvojiciach (2m x 4m). Voliéry sú zriaďované čo najbližšie k prírode v úzkej spolupráci a po konzultácii so skúsenými chovateľmi. V oddeleniach chránených pred poveternostnými vplyvmi tromi bočnými stenami a priesvitnou strechou majú zvieratá prístup k tepelným lampám a ohrievanej vode pri nízkych teplotách, ktorá sa tiež často používa na kúpanie. K dispozícii je tiež široká škála možností na sedenie, chov a úkryt, ako aj dostatočný priestor na nerušený let. Voliéry sú vybavené mnohými rôznymi rastlinami, ktoré sa vyskytujú v prírodnom prostredí slávikov, a zohľadňuje sa tiež zvláštna a niekedy nepríjemná prednosť zvierat pre žihľavu. Vyvážená strava z ovocia, zeleniny, špeciálneho jedla pre mäkkých jedákov a široká škála rôznych druhov hmyzu, ako sú napríklad červy, mravce a cvrčky, sú vždy k dispozícii. Kvôli voliérám, ktoré sú čiastočne otvorené smerom von, však divoký hmyz stále míňa a - rovnako ako v prírode - rád loví a žerie.
Zvieratá denne kontrolujú špeciálne vyškolení chovatelia zvierat a my sami. V ústave pracujú dvaja pracovníci pre dobré životné podmienky zvierat - vrátane veterinára -, ktorí zvieratá a ich držbu kontrolujú najmenej štvrťročne. V prípade potreby je samozrejme možné kedykoľvek privolať veterinára, ktorý skontroluje zdravotný stav zvierat a v prípade potreby ich ošetrí. Oficiálne inšpekčné návštevy sa zvyčajne konajú dvakrát ročne, samozrejme tiež neohlásené.
Aký je cieľ výskumu?
Vallentin: Našou prácou je základný výskum. Naším cieľom je pochopiť, ako zložitá súhra nervových buniek v mozgu umožňuje hlasovú komunikáciu. Či sa dajú neskôr očakávať závery o neurobiologických procesoch u ľudí, sa v tejto chvíli nedá odhadnúť. U autistických detí je okrem iného narušený takzvaný „vokálny obrat“, t. J. Striedavá komunikácia. Dôvod nie je stále známy. V tomto ohľade je samozrejme žiaduci aj príspevok k lepšiemu pochopeniu neurálneho základu fungujúcej alternujúcej piesne, hoci to nie je deklarovaným cieľom nášho výskumu.