Как нейроны распознают значение криков птиц во времени

Новый вычислительный подход раскрывает, как нейроны в мозге певчей птицы реагируют на крики сородича и интерпретируют их значение. Джули Эли и Фредерик Тёниссен из Калифорнийского университета в Беркли представили метод и результаты в PLOS Computational Biology.

Певчие птицы используют разные вокализации для передачи информации, например, о голоде или приближении хищника. Используя большую базу данных звуков зебровых амадин, Эли и Тёниссен ранее показали, что нейроны в слуховой области мозга птицы по-разному реагируют на разные крики в зависимости от их значения.

Теперь исследователи изучили, как этот процесс нейронного распознавания значения криков разворачивается во времени. Используя математический аппарат теории информации, они разработали новый метод для изучения реакции сенсорных систем на стимулы, которые нужно классифицировать по категориям. Его применили для анализа записей нейронной активности амадин, слушавших крики других птиц.

Анализ показал, что в ответ на крик начальная реакция отдельного нейрона уже содержит информацию о значении звука, но дополнительная информация продолжает накапливаться до 600 миллисекунд. Фаза начала и фаза устойчивого ответа содержат схожий объём информации о значении крика. Также были выявлены отдельные нейроны, которые могут играть бóльшую роль в категоризации значения звука.

"Мы нашли новый метод, чтобы рассчитать, как информация о поведенчески значимой категории звуков разворачивается во времени, пока особь обрабатывает коммуникационные сигналы, выполняя необходимые преобразования от звука к значению", — говорит Эли.

Эли и Тёниссен планируют продолжить изучение обработки значений криков в мозге птиц с помощью экспериментальных и вычислительных методов. Разработанный ими подход на основе теории информации можно применить к другим сенсорным и моторным системам у разных видов, чтобы лучше понять, как обработка информации разворачивается во времени на нейронном уровне.