Песня тишины
Как и люди, учащиеся говорить, молодые птицы учатся петь, подражая вокализациям взрослых особей своего вида в процессе развития. Птенцы предпочтительно учат песню своего вида, даже в шумной среде с разнообразными птичьими песнями. Но как они распознают песню своего вида, до сих пор оставалось загадкой. В совместном исследовании нейробиологи и физик из Окинавского института науки и технологий (OIST) обнаружили врожденный механизм идентификации вида, основанный на тихих промежутках (silent gaps) между слогами птичьей песни.
«Мы совместно разработали эксперимент, который работает в рамках ограничений нейробиологии, удовлетворяя требованиям физики», — говорит профессор Махеш Банди.
Доктор Макото Араки, профессор Йоко Ядзаки-Судзияма и профессор Банди провели эксперимент по перекрестному воспитанию: птенцы зебровых амадин (zebra finches) были выращены приемными родителями — бенгальскими амадинами (Bengalese finches), чтобы изучить, как их песня развивается под обучением другого вида. Птичья песня состоит из стереотипных повторений нескольких слогов, называемых «мотивами песни» (song motifs), где слоги разделены тихими промежутками. Результаты, опубликованные в Science, показывают, что воспитанные зебровые амадины выучили морфологию слогов бенгальских амадин (включая длительность слога), но наложили её на паттерны тихих промежутков зебровых амадин. Это говорит о том, что временные промежутки между слогами являются врожденными, а морфология слогов может быть изучена.
«Воспитанные зебровые амадины пели песню бенгальских амадин с акцентом зебровых амадин», — говорит профессор Йоко Ядзаки-Судзияма.
Чтобы определить нейронную основу этого врожденного механизма обнаружения вида, исследователи записали активность нейронов в слуховой коре взрослых зебровых амадин при прослушивании птичьей песни. Они обнаружили:
- Первый набор нейронов, регистрирующих временные промежутки в песнях зебровых амадин.
- Отдельный второй набор нейронов, реагирующих на морфологию слогов.
Используя последовательности слогов песни или белого шума, разделенные тихими интервалами разной длины, они обнаружили, что первый набор нейронов наиболее чувствителен к тихим промежуткам той же длительности, что и в естественной песне зебровых амадин. Нейроны не реагировали на последовательности слогов, если промежуток между ними был слишком коротким или слишком длинным. Это явление сохранялось у птенцов зебровых амадин, выращенных в изоляции или перекрестно воспитанных бенгальскими амадинами.
Первый набор нейронов сильно реагировал на естественную песню зебровых амадин. Они не реагировали ни на искусственную песню зебровых амадин с увеличенной длительностью тихих промежутков, ни на песни других видов. Эти данные подтверждают существование нейронных механизмов, которые используют тихие промежутки между слогами птичьей песни для обнаружения песен своего вида в процессе обучения.
«Этот первый набор нейронов действует как своего рода нейронный считыватель штрих-кода», — говорит профессор Ядзаки-Судзияма.
Каждый самец зебровой амадины должен развить уникальную песню, отличную от других особей, сохраняя при этом видовую идентичность. Параллельная обработка морфологии слогов и временных тихих промежутков между ними, обнаруженная исследователями OIST, может объяснить, как удовлетворяются эти два конкурирующих критерия.
Исследователи применили инструменты Теории информации и обнаружили, что аналогичные стратегии «зашиты» в мозге птиц для распознавания и изучения песен своего вида. Эти открытия говорят нам, что в тишине тоже есть информация.