Заикнемся о мышах

Американские нейробиологи вывели из строя у мышей ген, поломки которого у людей связывают с заиканием. В результате грызуны начали издавать звуки с теми же увеличенными паузами, что и заикающиеся люди. Первая реакция многих читателей на эту новость была предсказуема: в чем смысл этого исследования, как можно сравнивать мышиный писк с человеческой речью? Однако на самом деле удивляться тут надо другому.

Tom and Jerry / Metro-Goldwyn-Mayer / 1940-1975

Публикация вышла в Proceedings of the National Academy of Sciences пару недель назад. В ней сообщается, что исследователи из Национальных институтов здравоохранения выключили у мышей ген GNPTAB, поломка в котором у людей связана с заиканием, и определили, какие клетки в какой части мозга страдают от этого больше всего.

Также ученые проверили, станут ли такие мыши заикаться. Для этого они оценили длину пауз между ультразвуковыми сигналами, которые издавали мышата в возрасте восьми дней, когда их на несколько минут изолировали от матери. Для сравнения, в речи заикающихся людей между фонемами возникают паузы, которых в норме нет либо они имеют гораздо меньшую длительность. Грызуны с мутантным GNPTAB тоже стали делать большие паузы в ультразвуковых сигналах.

У недоверчивого читателя тут же возникнет вопрос: «Как можно изучать заикание на мышах, если они не умеют говорить?»

На самом деле ответ довольно прост. Человек, лично не сталкивавшийся с заиканием, обычно не задумывается над тем, что это нарушение беглости речи в первую очередь связано с механизмом извлечения голосовых звуков, а не со смыслом слов. Иными словами, чтобы заикаться, не обязательно уметь говорить, достаточно обладать голосом и анатомическими органами для его использования.

Очевидно, что мыши издают голосовые звуки (в том числе ультразвуковые свисты) во многом так же, как и люди, — за счет воздушной струи, выпускаемой из легких. Важную роль в этом процессе играет диафрагма — выталкивающая воздух мышца, которая может быть развита сильнее или слабее. К ней функционально присоединяются межреберные мышцы и мышцы живота, также активно участвующие в процессе звукоизвлечения.

Сравнение людей с сильным заиканием и испытуемых без выраженных проблем с беглостью речи показало, что у членов первой группы нарушена координация между упомянутыми мышцами и именно поэтому они не могут обеспечить ровное и устойчивое давление воздуха на складки голосовой щели в процессе речи. Именно поэтому лечение заикания у людей прежде всего связано с упражнениями, укрепляющими диафрагму.

Фрагмент из фильма «Король говорит!», 2011 год

Итак, отсутствие у мышей умения говорить — не препятствие для ученых, изучающих на грызунах механизмы заикания. Но при внимательном прочтении вышеупомянутой статьи возникают совсем другие вопросы.

Человеку, не следившему за исследованиями заикания, работа биологов из Национальных институтов здравоохранения может показаться прорывной. Но на деле новая статья служит лишь дополнением к отчету о большом исследовании 2016 года (он вышел в Current Biology, журнале рангом повыше) того же коллектива, где и было впервые показано, что нарушение работы гена GNPTAB приводит к появлению лишних пауз в мышиных писках.

К 2019 году биологи выяснили, где конкретно в мозге должен сломаться GNPTAB, чтобы у животного появились нарушения вокализации. Для этого они меняли этот ген в клетках разных типов — нейронах и нейроглии — и дополнительно смотрели, какие ткани головного мозга при этом сильнее всего изменятся. Места внесения мутаций тоже отличались друг от друга.

Ученые определили, что для нормальных вокализаций губительнее всего мутация, из-за которой 321-я аминокислота белка Gnptab, серин, заменяется на глицин. Больше всего от такой замены страдают астроциты — особые клетки нейроглии — и почему-то в основном в мозолистом теле: объем белого вещества в нем оказался снижен.

Именно это и странно, поскольку астроциты вездесущи, их численно больше, чем нейронов, и пока нет данных о том, что клетки этого типа из мозолистого тела чем-то принципиально отличаются от астроцитов из других регионов мозга. К тому же роль мозолистого тела в заикании у людей не очень-то исследована. Обычно больше внимания уделяется моторным речевым центрам в коре больших полушарий, а не пучку трактов между полушариями, которым мозолистое тело и является.

Мозжечок и другие структуры, отвечающие за движения, тоже будто бы не были задеты мутацией. Поэтому непонятно, что конкретно нарушается в механизмах вокализации при замене всего одной аминокислоты в белке Gnptab на другую. Особенно если учесть, что у взрослых людей с заиканием мозолистое тело либо увеличено, либо не отличается по размеру от такового у испытуемых без проблем с речью.

Известно, что человек заикается чаще и сильнее, когда волнуется. Кроме того, среди людей с нарушениями беглости речи чаще встречаются тревожные расстройства. Однако поведенческие тесты, которым подвергали экспериментальных мышей, не выявили различий между ними и грызунами из контрольной группы. Так что дело точно не в общем волнении. Но тогда в чем же?

Справедливости ради, тут есть и методологические вопросы. В серии испытаний с мозолистым телом использовали всего 32 мышонка: 16 с обычным генотипом и 16 с измененным геном GNPTAB. Для поведенческих исследований это не то чтобы большая цифра. К тому же количество белого вещества в мозолистом теле заикающихся мышей отличалось от нормы не так уж сильно, о чем упоминают и сами исследователи. Но от этого не становится понятнее, как связаны заикание, астроциты, мозолистое тело и GNPTAB.

Диффузная тензорная томография различных частей мозолистого тела у мышей с нормальным и мутантным GNPTAB

Позволим себе выдвинуть экстравагантное предположение. Может быть, дело не в движениях мышц при вокализации и не в настроении того, кто пытается говорить либо пищать, а в координации работы двух полушарий?

У человека левое и правое полушария мозга отличаются по функциям прежде всего тем, что в одном есть центры речи (обычно в левом), а в другом их нет — хотя у тех, кто знает два или более языков, картина часто бывает иной. Вероятно, мутация в GNPTAB астроцитов мозолистого тела нарушает способность этой структуры передавать информацию между полушариями.

Но здесь мы приближаемся к опасному краю — гипотезе, что у мышей тоже есть «говорящая» и «молчащая» половины мозга, как у человека, а это никем не подтверждено.

В любом случае, в свежем исследовании без ответа остается вопрос, почему поломка гена, чья работа связана с лизосомами (а значит, он активен более или менее везде), именно в астроцитах (которые, опять же, в изобилии встречаются по всему мозгу) приводит к появлению лишних пауз даже в мышином ультразвуковом писке.

С одной стороны, мишень для исследования генетики заикания будто бы приобрела более четкие очертания, а с другой стороны, понятнее она не стала.

https://nplus1.ru/