Как певчая птица учит свою мелодию
Изучение первого языка происходит почти без усилий. Мы начинаем учиться у родителей ещё до того, как можем что-то помнить, и слова и звуки отпечатываются в нашей памяти в раннем возрасте. Изучение нового языка во взрослом возрасте гораздо сложнее, требует много упорной работы, и вы, возможно, никогда не достигнете той же беглости, что и с родным языком. То же самое верно для певчих птиц. Зебровые амадины учат свою песню в молодости, слушая песню своего отца или "учителя".
Недавно профессор Йоко Ядзаки-Сугияма и доктор Шин Янагихара из Окинавского института науки и технологий (OIST) впервые идентифицировали нейроны в мозге, связанные со слуховой памятью на песню отца у зебровых амадин. Это может привести к новому пониманию развития человеческой речи. Их результаты недавно опубликованы в Nature Communications.
"Для молодых животных ранний сенсорный опыт очень важен и сильно влияет на развитие мозга", — сказал Янагихара, научный сотрудник подразделения OIST по нейронным механизмам критического периода. "Эта стадия называется 'критическим периодом', когда мозговые цепи очень гибки и могут быть легко изменены. Мы хотели узнать, как ранний сенсорный опыт во время критического периода формирует мозговые цепи и приводит к соответствующему поведению".
У зебровых амадин песню учат и поют только самцы, так как это их способ привлечь партнёршу. Поэтому изучение сложной песни для привлечения самок критически важно для размножения. Молодые амадины делают это, слушая песню отца и запоминая её. Когда они начинают вокализировать, считается, что с помощью слуховой памяти о песне учителя они могут вспомнить звуки и постепенно адаптировать свою песню, пока не разовьют собственную, сопоставимую с песней учителя.
"Это похоже на развитие человеческой речи", — сказал Янагихара. "Во время критического периода дети слушают речь взрослых, и их мозговые цепи формируются, чтобы улавливать слуховые особенности этой речи. Мы предположили, что когда птицы слушают песню отца, этот опыт изменяет мозговые цепи птенцов, формируя память о ней".
Чтобы подтвердить своё предположение и узнать больше о том, где хранится память о песне учителя, исследователи изучили реакцию нейронов в высшей слуховой коре — части специализированной нейронной цепи — на звук песни учителя. Они наблюдали за нейронной слуховой реакцией, когда птицы слушали разные песни — свою собственную, учителя, других амадин и песни разных видов певчих птиц — у обученных птенцов и у контрольных птенцов, изолированных от учителя.
Команда отслеживала реакции отдельных нейронов и собрала информацию от множества нейронов у многих птиц. С помощью этого метода они обнаружили, что существуют неселективные нейроны, реагирующие на все песни, но также и селективные нейроны, имеющие очень избирательную, а во многих случаях исключительную реакцию именно на песню учителя.
"У нормальных, обученных птиц мы обнаружили группу нейронов, которые очень сильно реагировали на песню учителя после того, как они её выучили, но не реагировали на другие песни", — сказал Янагихара. "Однако у птиц, не имевших опыта общения с учителем, мы не увидели никакой реакции на песню учителя (в данном случае песню генетического отца) и вообще никаких селективных нейронов".
Команда обнаружила, что примерно пять процентов нейронов в высшей слуховой коре реагируют на песню учителя, и это может указывать на то, где в мозге находится ранняя слуховая память.
"Мы нашли 27 нейронов, которые избирательно реагируют на песню учителя", — сказал Янагихара. "Мы полагаем, что эти селективные к песне учителя нейроны представляют собой память о песне учителя и что обучение песне учителя во время критического периода изменяет нейронные цепи, чтобы вместить эту память".
Это важно, потому что механизмы работы мозга во время критического периода всё ещё недостаточно изучены. Эти находки могут стать шагом к пониманию того, как мозговая цепь формируется на этой ранней стадии развития и как эти нейронные цепи способствуют высшим когнитивным функциям во взрослом возрасте.
"Это исследование даёт некоторое представление о том, как мозг приобретает воспоминания во время критического периода", — сказал Янагихара. "Это шаг к пониманию того, как нейронные механизмы памяти и раннего сенсорного опыта формируют мозговые цепи на ранней стадии развития, не только у птиц, но и у людей и других видов".