Мозг птиц синхронизируется во время дуэтного пения
Когда самец или самка белолобого общественного ткача начинают петь, их партнёр присоединяется в определённый момент. Они исполняют дуэт, поочерёдно и точно в такт. Команда под руководством исследователей из Института орнитологии Общества Макса Планка в Зеевизене использовала мобильные передатчики для одновременной записи нейронных и акустических сигналов от пар птиц, поющих дуэты в естественной среде обитания. Они обнаружили, что активность нервных клеток в мозге поющей птицы изменяется и синхронизируется с партнёром, когда тот начинает петь. Мозг обоих животных начинает функционировать как единое целое, что приводит к идеальному дуэту.
Белолобые общественные ткачи (Plocepasser mahali) живут небольшими группами на деревьях в южной и восточной Африке. У каждой птицы есть гнездо для ночёвки с входом и выходом. У доминирующей пары есть гнездо для размножения, которое легко узнать по закрытому одному проходу, чтобы яйца не выпали. Помимо доминирующей пары, в группе есть до восьми других птиц, которые помогают строить гнёзда и выкармливать птенцов. Все члены группы защищают свою территорию от соперничающих групп с помощью дуэтов доминирующей пары и хоров вместе с помощниками.
Белолобые общественные ткачи — один из немногих видов птиц, поющих дуэтом. Предполагалось, что для синхронизации слогов в дуэте требуется некоторая когнитивная координация между особями, однако лежащие в основе этого нейронные механизмы были неизвестны.
Миниатюрные передатчики позволяют вести запись в естественных условиях
«Белолобые общественные ткачи не могут развить свою сложную социальную структуру в лаборатории. Поэтому мы смогли исследовать механизмы дуэтного пения только в естественной среде обитания птиц», — говорит Корнелия Фойгт, один из трёх ведущих авторов исследования. Для этого исследователи и техники Института орнитологии Общества Макса Планка в Зеевизене разработали мобильные микрофонные передатчики для записи пения в дикой природе. Они весят всего 0,6 г и крепились на птицу, как рюкзак.
С помощью другого, вновь разработанного передатчика весом всего 1 г учёные также могли синхронно записывать активность мозга у птиц, пока те пели в естественной среде. Антенна, размещённая рядом с деревом птиц, записывала до восьми таких сигналов параллельно. С помощью внешней звуковой карты и ноутбука пение и сигналы мозга синхронно записывались с точностью до миллисекунды. «Разработанная нами технология должна выдерживать экстремальные условия саванны Калахари в северной части Южной Африки», — говорит Сюзанна Хоффманн, учёный из отдела поведенческой нейробиологии. «Электроника для записи сигналов хранилась в машине. Днём становилось так жарко, что ноутбук почти начинал светиться. Но записи прошли хорошо, даже когда птицы и их передатчики попали в один из редких ливней».
Активность мозга птиц, поющих дуэтом, синхронизируется
Лиза Трост, также учёный отдела, говорит: «К счастью, процедура фиксации имплантатов для нейронных измерений на головах птиц заняла недолго. После полного восстановления соответствующая птица быстро возвращалась в группу и не теряла свой социальный статус. Все птицы пели на дереве сразу после возвращения». Исследователи записали почти 650 дуэтов. Во многих случаях песню начинали самцы, а партнёр присоединялся после нескольких вступительных слогов. Слоги между дуэтной парой следовали друг за другом без задержки и в идеальной координации. Координация была настолько точной, что анализ показал задержку всего в 0,25 с между вокальными сессиями партнёров по дуэту.
Пение певчих птиц контролируется сетью ядер мозга — вокальной контрольной системой. В одном из этих ядер, HVC, крик птицы-партнёра вызывает изменение нейронной активности у птицы, начавшей петь. Это, в свою очередь, влияет на её собственное пение. Результатом является точная синхронизация активности мозга обеих птиц. «Ритмичный дуэт особей достигается за счёт сенсорной информации, поступающей от партнёра», — говорит Манфред Гар, руководивший исследованием. Мозг партнёров образует сеть, которая функционирует как расширенная схема для организации временного рисунка дуэта. Исследователи предполагают, что аналогичные механизмы также ответственны за координацию движений во время социальных взаимодействий у людей (например, танцы с партнёром).
«До сих пор подобные исследования проводились только в лаборатории. Измерение активности нервных клеток в полевых условиях с помощью беспроводных передатчиков гораздо менее стрессово для птиц», — говорит Сюзанна Хоффманн. «Мы надеемся, что это исследование заложило основу для дальнейшего развития нейроэтологии».