Fluorescerende proteïnen tonen de locatie van de neuronen in het muizenbrein die cruciaal zijn voor de liedjes. Mooney Lab/Duke University

Muizenmannetjes zingen 'liefdesliedjes' voor de vrouwtjes, onderzoekers kunnen die nu in de hersenen aan en af zetten

Mannetjesmuizen die een vrouwtje 'het hof maken', zingen een liedje voor haar, dat evenwel ultrasoon is zodat wij het normaal niet kunnen horen. Onderzoekers van de Amerikaanse Duke University hebben nu een groepje hersencellen geïsoleerd in de hersenen van muizen die een cruciale rol spelen bij het vormen van die pieperige, ultrasone liedjes. Ze weten zelfs zo goed hoe die neuronen werken, dat ze een muis op bevel kunnen laten zingen, of het zwijgen kunnen opleggen zodat hij niet kan zingen, zelfs als hij indruk wil maken op een partner.

De onderzoekers zeggen dat dit niveau van kennis en controle een belangrijke stap vooruit is in de zoektocht naar de mechanismen die het mensen mogelijk maken om spraak en andere geluiden voor communicatie te produceren. 

De onderzoekers hebben een brede interesse in de vorming van spraak door de hersenen, en ze hebben al eerder gewerkt met zangvogels en muizen als modellen voor mensen. 

"We wilden begrijpen hoe muizen deze 'liefdesliedjes', zoals we ze in het labo noemen, produceren", zei Katherine Tschida in een mededeling van Duke University. Tschida leidde het onderzoek als postdoctoraal onderzoeker bij de labo's van Richard Mooney en Fan Wang aan de afdeling neurobiologie van de Duke University en ze is een van de auteurs van de studie. 

Voor deze studie concentreerden Tschida en haar collega's zich op een deel van de middenhersenen dat het pariaqueductale grijs (PAG) genoemd wordt. Uit eerdere studies van anderen wisten ze dat het PAG een sleutelrol zou spelen in het netwerk voor het stemgebruik. 

Dankzij technologie die ontwikkeld is in het laboratorium van Wang, waren ze in staat om zeer gedetailleerd de neuronen die hierbij betrokken waren in het PAG, te lokaliseren en te isoleren, en er dan experimenten op uit te voeren. 

Door de neuronen selectief aan te zetten met een op licht gebaseerde methode die optogenetica of optische genetica genoemd wordt, konden de onderzoekers ervoor zorgen dat een mannetjesmuis onmiddellijk begon te zingen, zelfs als hij alleen was.

Anderzijds maakte het stilleggen van de betrokken PAG-hersencellen dat mannetjes op vrijersvoeten niet in staat waren om te zingen, hoewel ze wel al het andere gedrag dat hoort bij de hofmakerij bleven vertonen. 

De vrouwtjes bleken minder geïnteresseerd in de 'zwijgzame' types, wat aantoont dat het zanggedrag cruciaal is voor de voortplanting en het voortbestaan van muizen. 

Een video van de Duke University waarin een mannetjesmuis zijn 'liefdesliedjes' zingt.

Neuronen zijn een poort voor stemgebruik

De beide experimenten - het aan en uitschakelen - bewijzen duidelijk dat deze 'stabiele en onderscheiden populatie van neuronen' het belangrijkste kanaal vormt tussen gedrag en vocale communicatie, zei Tschida. 

"Deze neuronen werken als een basis voor het gebruik van de stem. Maar ze bepalen de afzonderlijke delen van het lied niet, ze zijn een 'poort' voor stemgebruik", zei Tschida in de persmededeling. 

Tschida zei dat het onderzoek nu de verbindingen van PAG naar neuronen 'stroomafwaarts' zal volgen, die bijvoorbeeld communiceren met het strottenhoofd, de longen en de mond. En de onderzoekers zullen ook toewerken naar de gedragscentra 'stroomopwaarts', die de muis vertellen dat er een vrouwtje aanwezig is en dat hij zou moeten beginnen zingen. 

De onderzoekers hopen ook een meer volledig beeld te krijgen van waarom muizen in verschillende omstandigheden verschillende 'lettergrepen' voortbrengen. "We weten dat ze het doen, maar we weten niet welke delen van de hersenen dat gedrag aansturen", zei Tschida. 

De studie van de onderzoekers van Duke University zal verschijnen in de editie van Neuron van 7 augustus, maar is deze week al online gepubliceerd.