I det förflutna har forskare kommenterat spettens frenetiska knutar med stop-motion-kameror och genom att skanna ben. Olika arter av spett har djupa arsenaler av anpassningar. En hackspettens hjärna - om storleken på en oskalad valnöt - sitter snävt mot skallen, med lite vätska för att glida runt i. Den grunda poolen minimerar krossning. Sedan är det näbb: Vissa arter har en övre näbb något längre än den nedre delen, vilket gör det möjligt för halvorna att träffa ett mål vid olika tidpunkter, vilket diffunderar kraften av påverkan. Fågelens skalle är också en benaktig stötabsorberare, med lager av kompakt ben inklämd mellan svampiga svängar.
Uppkomsten av detta arbete har i grund och botten varit att woodpeckers måste göra ganska bra för sig själva. När allt kommer omkring, når den äldsta spegeln fossil tillbaka cirka 25 miljoner år. Om allt som dödade gjorde ett nummer på dem, skulle de säkert ha begränsat beteendet just nu?
"Det har varit antagandet, säger Peter Cummings, en neuropatolog vid Boston University School of Medicine. "Men ingen har aldrig tittat på en spegelhjärna."
När George Farah, då en av Cummings forskarstuderande, tog en joggen genom den befintliga litteraturen, fann han att den tenderade att undersöka scenariot från genetik, biomekanik eller evolutionens utsiktspunkt - ingen hade gått på histologin. För att få reda på exakt vad som hänt där inne - och vilken skada som pounding kunde ha lämnat bakom - han behövde få sig under skallen och in i vävnaden.
Inte förvånansvärt är det svårt att hitta en brunnspruta av fågelhjärnor. "Du kan inte gå ut i bakgården, sitta i din grässtol och vänta med en BB-vapen, säger Cummings. Forskarna bad statliga spel tjänstemän i Massachusetts att ge dem en heads-up om de stötte på speglar, men det var inte garanterat - vem visste när de kunde dyka upp? En stats ornitolog föreslog naturhistoriska museer, som överraskade Farah - föreställde dem att de var fulla av taxidermierade kroppar eller artikulerade skelett men inte tänkt på våta exemplar. "Vetenskapen måste ibland vara som MacGyver: en liten bit tejp och tuggummi, och du hoppas på det bästa", säger Cummings..
Fältmuseet och Harvard naturhistoriska museum lånade inlagda exemplar. © FältmuseetFarah började kalla kalla museer, och hälften av de han höll gav honom det gröna ljuset. Harvards naturhistoriska museum och Field Museum, i Chicago, erbjöd exemplar från sina samlingar, alla inlagda i alkohol. Farah utförde craniotomies, skivade en cirkulär flik ("sort av som en munks haircut") och sedan chipping bort på den beniga plattan. Ur dessa hjärnor - som Cummings beskriver som "konsistensen av inte-helt uppsatt jello" -Farah avgrände prover som var 15 och 25 mikron breda, ungefär en femtedel tjockleken på ett pappersark. Cummings och Farah publicerade sina fynd i en ny studie, ut idag i tidningen PLOS en.
Anatomiskt finns det en rad olika skillnader mellan träspetshjärnor och mänskliga noggins: Dessa fåglar har exempelvis inte en cortex eller de karakteristiska toppar och dalar (gyri och sulci) som gör att hjärnorna ser ut som grovda labyrinter. Men för att kunna bedöma huruvida fåglar behöll potentiell hjärnskada från deras högintensiva pecking, använde forskarna en serie fläckar och antikroppar för att testa för tau, ett protein som också är förknippat med hjärnsjukdom hos människor.
Forskarna jämförde hackspetshjärnorna mot skivor från rödvingsbjörnar, som inte uppvisar häftande beteenden. (Som en kontroll för att bekräfta att färgämnena fungerade korrekt, inkluderade varje test också en lutning av en mänsklig hjärna donerad av någon som hade Alzheimers sjukdom, vilket också är förknippat med närvaron av tau).
Den rödvingade blackbirden pekar inte. Terri Stewart / CC-by 2.0Först brukade de en silverfärg, som framhäver breda mönster av skador-Farah liknar det att bada kläder i ett färgämne. "Tanken var, om vi inte ser någonting, kommer vi att glömma det, säger Cummings. "Om vi ser något, så går vi vidare till den histokemiska studien." Eftersom de hittade ackumulationer i åtta av de 10 träspetshjärnorna - och ingen i kontrollfåglarna - gick de vidare till en andra analys som använde mål antikroppar specifika för tau. Forskarna kunde bara utföra denna andra analys på tre av spettproverna - de andra försämrades i processen. Två av dessa tre spegelhjärnor visade bevis på tau, medan ingen av kontrollfåglarna gjorde det.
Det är inte att säga att tau definitivt är en produkt av pecking-inducerad trauma. Tau markerar inte nödvändigtvis en patologi: hos människor ackumuleras det ibland med ålder, till exempel, och vissa individer har bara mer av det. Men det är en indikation på att något kanske inte är rätt. Cummings tror inte att skadorna i spegelns hjärnor är en produkt av åldersprov av proven var från en ungfågel och det visade också tecken på trauma. Men det finns olika typer (eller isoformer) av tau, och några av dessa är även neuroprotective, säger Cummings. "Kanske den här tauen vi ser i spettarna kan vara en annan skyddande anpassning för att motstå krafterna av att pissa." Cummings tror att det framtida arbetet kan bli mer granulärt.
En nackdel, som forskarna lätt erkänner, är att experimentet var litet - bara 10 spett. Konstruktionen skulle ha varit starkare, säger Farah om de hade separerat levande spettar i experiment- och kontrollgrupper, så att en kohort kunde pecka och hindra den andra från att göra det. Farah hoppas att det lägger grunden för mer forskning. Ann McKee, en neuropatolog vid Boston University School of Medicine som studerar traumatiska hjärnskador på människor och inte var inblandad i denna forskning, berättade för Washington Post att detta arbete är "ett viktigt och provokerande funderande".
Samtidigt fortsätter spegelhjärnor och deras antagna skydd att inspirera designen av hjälmar, halsband och andra plastpansar för mänskliga idrottare - även om många frågor kvarstår precis vad som händer inom de små avianversionerna.