یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که بخشی از مغز خفاش که صداها را کنترل می‌کند، دارای دستگاه عصبی و ژنتیکی مشابه با بخشی از مغز انسان است که گفتار را کنترل می‌کند.
گفتار انسان همیشه در قلمرو حیوانات عجیب بوده است. فقط چند حیوان دیگر، از جمله خفاش، نهنگ، فوک، فیل و برخی از پرندگان، مانند پرندگان آوازخوان یا طوطی ها، صداهایی را نشان می دهند که شروع به نزدیک شدن به پیچیدگی گفتار انسان می کند.
با وجود تعداد کمی از بستگان نزدیک پستانداران که در موهبت غوغا کردن – چیزی که محققان آن را یادگیری صوتی می نامند – به اشتراک گذاشته شده اند، دانشمندان برای شناسایی زیربنای عصبی و ژنتیکی این مهارت قابل توجه تلاش کرده اند.
در مقاله جدید در علوم پایهمحققان بخشی از مغز خفاش میوه مصری را که صداگذاری را کنترل می کند شناسایی کردند و دریافتند که دارای یک ارتباط عصبی بسیار مشابه با بخشی از مغز انسان است که گفتار را کنترل می کند.
این تیم سپس ماشین ژنتیکی در آن قسمت از مغز خفاش را با ژنوم صدها نفر دیگر مقایسه کرد. پستانداران و با استفاده از یادگیری ماشینی، یک سری از عناصر تنظیم کننده ژنتیکی را شناسایی کرد که به شدت با یادگیری صوتی در انسان و سایر پستانداران مرتبط است.
برخی از این عناصر ژنتیکی قبلا با ناتوانی های گفتاری انسان، از جمله اختلال طیف اوتیسم، مرتبط بوده اند. محققان امیدوارند با درک پایه های ژنتیکی، عصبی و تکاملی یادگیری صوتی در خفاش ها و سایر پستانداران، انواع دیگر آسیب شناسی گفتار را روشن کنند.
مایکل یارتسف، استادیار مهندسی زیستی و علوم اعصاب در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «پستانداران بسیار کمی واقعاً قادر به یادگیری صداهایی هستند که می‌سازند، که مطالعه این جنبه بنیادی بشریت را بسیار دشوار می‌کند.
ما توانستیم شباهت هایی را بین خفاش ها و انسان ها در عناصر ساختاری مغز، محتوای ژنتیکی و حتی مدارهای عصبی کنترل کننده یادگیری صوتی شناسایی کنیم.
برای شناسایی مناطقی از مغز خفاش که با یادگیری صوتی مرتبط است، جولی ای. الی و توبیاس اشمیت که در آزمایشگاه نوروبات یارتسف در دانشگاه برکلی کار می‌کنند، از دستگاه‌های ضبط بی‌سیم برای گوش دادن به مغز گروهی از خفاش‌های میوه مصری استفاده کردند. آنها آزادانه صدا می کردند. سپس محققان از نشانگرهای مولکولی برای تجسم نحوه اتصال این نورون‌ها به دیگر مناطق مغز خفاش استفاده کردند.
آزمایش‌های ردیابی، ارتباط مستقیم عصبی بین قشر حرکتی و نورون‌هایی را که حنجره یا جعبه صوتی را در خفاش‌ها کنترل می‌کنند، برجسته کرد. این ارتباط مستقیم عصبی به عنوان یک «عروسک‌باز» آوازی عمل می‌کند و به خفاش‌ها کنترل دقیقی بر سطح تماس‌هایشان می‌دهد.
ارتباط مشابهی در پرندگان آوازخوان و انسان مشاهده شده است، اما در سایر پستانداران یا نخستی ها مشاهده نشده است.
«این فرضیه این است که وقتی شما یک دانشجوی آوازالی می گوید، انتظار می رود شما این ارتباط را داشته باشید. “قبل از این مطالعه، دانشمندان انسان و پرندگان را که در درخت تکاملی بسیار دور از هم قرار دارند، مقایسه کردند. با این مقاله، ما اکنون روی پستانداران بزرگنمایی می کنیم و همبستگی های مشابهی از یادگیری صوتی – آن نورون های فرافکنی مستقیم و ماشین های ژنتیکی همراه با آنها – را در مغز خفاش ها پیدا می کنیم.
مورگان ویرتلین یکی از نویسندگان این مطالعه و آندریاس پنینگ، استادیار زیست شناسی محاسباتی در دانشگاه کارنگی ملون، سپس از رویکرد یادگیری ماشینی به نام TACIT برای تجزیه و تحلیل عناصر ژنتیکی در مناطقی از مغز خفاش که با تولید صدا مرتبط است، استفاده کردند. هنگامی که آنها این عناصر ژنتیکی را با 222 پستاندار دیگر – اعم از فراگیران صوتی و غیر آوازی – مقایسه کردند، 50 عنصر تنظیم کننده ژن را شناسایی کردند که در بین زبان آموزان آوازی، از جمله انسان، خفاش، همبستگی زیادی داشتند. نهنگ ها، و مهر و موم. عناصر تنظیم کننده توالی های DNA خارج از ژن های واقعی هستند که تعیین می کنند کدام ژن در بافت های خاص فعال است.
Pfenning می‌گوید: «ما دریافتیم که انواع سلول‌هایی که اتصالات طولانی در مغز انسان و خفاش ایجاد می‌کنند، همان سلول‌هایی هستند که بر اساس تجزیه و تحلیل ژنتیکی، بیشترین ارتباط را با یادگیری صوتی دارند. آناتومی و ژنتیک به مکانیسم یکسانی اشاره می‌کنند که زیربنای تکامل یادگیری صوتی در پستانداران و تولید گفتار در انسان است.
نویسندگان دیگر از دانشگاه کارنگی ملون هستند. UC برکلی; دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو؛ موسسه سالک برای علوم زیستی؛ دانشگاه لیهای; و کنسرسیوم Zoonomia.
بنیاد آلفرد پی اسلون، مؤسسه ملی بهداشت، بنیاد ملی علوم، بنیاد سلول های بنیادی نیویورک، بنیاد تحقیقات مغز، بنیاد پاکارد، بورسیه کلینگستاین-سایمونز، پژوهش مرزهای انسانی از این تحقیق حمایت کردند. برنامه، خیریه پیو تراست، بنیاد مک نایت، و بنیاد دانا.
منبع: یو سی برکلی
