Стратегия певчих птиц для изменения песни может помочь в реабилитации
Самцы японской амадины используют простые ментальные вычисления и невероятную память для создания своей почти идеальной брачной песни. Это открытие может иметь значение для реабилитации людей с нервно-мышечными заболеваниями и травмами.
Молодые самцы практикуют свою громкую брачную песню сотни раз в день, сравнивая свою мелодию с песнями своих "учителей". К взрослому возрасту они определяют "успешную" высоту тона для каждой ноты. Но на протяжении всей жизни они постоянно контролируют свою песню, стремясь поддерживать её, несмотря на старение, уровень гормонов, травмы мышц и болезни.
В серии экспериментов нейробиологи UCSF воздействовали на поющих птиц неприятным звуком в точный момент, когда они произносили определённый слог. После многократных воздействий птицы научились изменять высоту тона этого слога, чтобы избежать звука. Но способ, которым они это сделали, был удивительным.
Ключевое открытие: зяблики научились изменять высоту одной ноты, вычисляя среднюю высоту тона сотен исполнений этой ноты, которые они воспринимали как успешные (когда избегали неприятного звука). Для этого ментального вычисления мозгу птиц требовалось запомнить каждое небольшое изменение высоты тона одного слога, спетого, возможно, 500 раз за день.
"Мы были очень удивлены, что мозг может направлять столь сложное изменение поведения с помощью такого простого типа вычислений", — сказал ведущий автор статьи Джонатан Чарльзуорт.
Это открытие предполагает, что "может быть возможно направить поврежденную нервную систему к восстановлению, используя только простую автоматизированную/компьютеризированную систему, которая излучает простые инструктивные сигналы".
Методология: учёные разработали компьютерную программу, которая распознавала высоту тона отдельного слога каждый раз, когда птица его пела. Компьютер мог вызвать короткий звуковой сигнал с точностью около 1/100 секунды.
В одном эксперименте звук воспроизводился, когда птица пела целевой слог ниже определённого порога. За несколько сотен попыток птицы научились достаточно изменять свою песню, чтобы избежать шума примерно в 80% случаев.
В более сложной задаче компьютер измерял высоту тона как в начале, так и в конце одного слога. Шум воспроизводился только после второго измерения, и только если первая часть слога была ниже порога, а вторая — выше. Птицы научились избегать шума, создавая более выраженный "взлёт" звука — начиная ниже нормы и заканчивая выше нормы.
"Эта точность подтверждает взгляд, что мы учимся не только в ответ на внешние стимулы, но и благодаря способности к вариациям в наших действиях", — сказал старший автор Майкл Брейнард.
Нервная система постоянно вносит вариации в наши действия и очень внимательно следит за последствиями этих вариаций. Развитие нового поведения подобно дарвиновской эволюции, но в очень короткие сроки.
Исследование опубликовано как Advance Online Publication (размещено 30 января 2011 г.) в журнале Nature Neuroscience.