Чего они не знали — до тех пор, пока исследователь из Университета Делавэра не разработал сложный набор микрофонов и камеру для анализа звука, — так это того, что самки мышей поют в ответ.Никто не знает, поют ли женщины «Это должно было быть ты» или «Поймай меня, если сможешь», но мышиные «песни», как называет их нейробиолог Джошуа Нойнубель, доцент кафедры психологии и науки о мозге, по-видимому, являются совсем то же самое с этими маленькими грызунами.Нельзя сказать, что мышь поет или кричит.
Нет явных физических признаков. По словам Нойнюбель, их голоса во время этих взаимодействий регистрируются в диапазоне, намного превышающем досягаемость человеческого уха.
Максимальный диапазон, который может обнаружить человеческое ухо, составляет около 20 килогерц. По его словам, высокий голос мыши регистрирует от 35 до 125 килогерц.Чтобы уловить это, нужны специальные микрофоны, и Нойнюбель и его сотрудники работали над сбором, анализом и интерпретацией всех видов звуков мыши и связанных с ними данных.
Нойнюбель разработал звуковую систему и уравнения анализа, которые позволили исследователям с точностью до 97 процентов определить, какой звук исходит от какой мыши.Именно тогда они обнаружили, что самки мышей слушали не только мужские голоса. Они пели в ответ.Благодаря новым возможностям анализа звука — и особенно способности определять, от какой мыши исходит вокал — теперь доступна платформа для более широкого исследования.
По словам Нойнюбель, эта работа может привести к прогрессу в понимании аутизма, например, и к дефицитам, которые могут существовать в нейронных цепях мозга, лежащих в основе социальной коммуникации.Изучение общения и поведения мышей может дать хорошее представление о механике и системах мозга и, возможно, дать исследователям ценную информацию о том, как работает человеческий мозг.«Мы лишь поверхностно», — сказал он.Нойнюбель сотрудничал с тремя бывшими коллегами в исследовательском кампусе Джанелия Медицинского института Говарда Хьюза — Адамом Тейлором, Беном Артуром и С.Э.
Ройан Эгнор.Некоторое время известно, что самцы мышей издают звуки, пытаясь найти себе пару. Теперь Нойнюбель продемонстрировал, что источник песен мыши может быть определен для конкретных мышей, и в рамках этой работы впоследствии продемонстрировал, что самки мышей также участвовали в вокальном миксе.
Система собрала данные о том, что четыре мыши — два самца и две самки — наблюдали за взаимодействием и часто регистрировали голосовые обмены во время погони, когда самец преследовал самку. Данные показали, что самки, которые голосом откликались на «песню» самца, также замедлялись, что позволяло самцу их догнать.
Невосприимчивые самки не отставали.Это заставляет исследователей думать, что эти песни могут передавать важную социальную информацию — но это еще одно исследование, которое еще впереди.Чтобы получить эти данные, Нойнюбель и его сотрудники разработали интересную систему. Они соорудили акустически точную камеру, окруженную пеной, со стенками из нейлоновой сетки, чтобы уменьшить «отражения» — явление звука, отражающегося от замкнутого пространства и от стен.
Они установили массив из четырех микрофонов, осветили камеру инфракрасным светом и подключили каждую мышь к системе слежения.Они разработали расчет для разделения звука на более мелкие части, а затем оценили местоположение источника для всех мелких частей, исправляя задержки, вызванные скоростью звука в воздухе при комнатной температуре и стандартном атмосферном давлении.Они разработали теоретическую сетку на полу камеры, расположенную на расстоянии четверти миллиметра.
Для каждой точки сетки они рассчитали предполагаемую задержку между каждой возможной парой микрофонов и использовали ее для анализа звуков и оценки их источников.Вместе со всем этим они создали программное обеспечение для оценки ультразвукового источника мыши (MUSE), которое теперь доступно для загрузки.
Новая лаборатория Нойнюбель в UD изучает социальную коммуникацию на мышах, моделирующих аутизм. Эти мыши проводят 12 часов в камере, которая снабжена пищей, водой и подстилкой, и за каждый 12-часовой период собирают половину террабайта данных. Чтобы проанализировать такой объем материала, Нойнюбель в своей текущей работе использует кластер высокопроизводительных вычислений Farber, который значительно ускоряет аналитику.«Это было невероятно полезно», — сказал он.
То, что для этого потребовалось бы несколько недель, теперь можно сделать менее чем за день.«Университет подготовил все необходимое, чтобы это произошло», — сказал он.
Нойнюбель получил докторскую степень по неврологии в Центре медицинских наук Техасского университета в Хьюстоне и стипендию в Медицинском институте Говарда Хьюза в исследовательском кампусе Джанелия.Работа была поддержана Медицинским институтом Говарда Хьюза и опубликована eLIFE Sciences.