Когда самец или самка белобрового воробья-ткача начинает свою песню, в определенное время к ней присоединяется ее партнерша. Они дуэтом друг с другом поют по очереди и точно в унисон. Команда исследователей из Института орнитологии Макса Планка в Зеевизене использовала мобильные передатчики для одновременной записи нейронных и акустических сигналов от пар птиц, поющих дуэтом в их естественной среде обитания. Они обнаружили, что активность нервных клеток в мозгу поющей птицы меняется и синхронизируется с ее партнером, когда партнер начинает петь. Мозги обоих животных функционируют как единое целое, что приводит к идеальному дуэту.
Белобровые воробьи-ткачи (Plocepasser mahali) живут вместе небольшими группами на деревьях в южной и восточной Африке. У каждой птицы есть гнездо с входом и выходом. У доминирующей пары будет гнездо для размножения, которое легко узнать по тому факту, что один проход закрыт, чтобы предотвратить выпадение яиц. Помимо доминирующей пары в группе насчитывается до восьми других птиц, которые помогают строить гнезда и выращивать птенцов. Все участники группы защищают свою территорию от соперничающих групп посредством дуэтов доминирующей пары и хоров вместе с помощниками.
Белобровый воробей-ткачик - один из немногих видов птиц, поющих дуэтом. Предполагалось, что для синхронизации слогов в дуэте требуется некоторая когнитивная координация между людьми, однако основные нейронные механизмы такой координации были неизвестны.
Миниатюрные передатчики позволяют вести запись в естественных условиях
«Белобровые воробьи-ткачи не могут развить свою сложную социальную структуру в лаборатории. Поэтому нам удалось исследовать механизмы дуэтного пения только в естественной среде обитания птиц», - говорит Корнелия Фойгт, одна из трех ведущих авторов исследования. По этой причине исследователи и техники из Института орнитологии Макса Планка в Зеевизене разработали мобильные микрофонные передатчики для записи пения в дикой природе. Они весят всего 0,6 г и крепятся к птице как рюкзак.
С помощью другого недавно разработанного передатчика, весящего всего 1 г, ученые смогли также сделать синхронную запись мозговой активности птиц, пока они пели в естественной среде. Антенна, расположенная возле птичьего дерева, регистрировала до восьми таких сигналов параллельно. С помощью внешней звуковой карты и ноутбука пение и сигналы мозга записывались синхронно с точностью до миллисекунды.«Разработанная нами технология должна выдерживать экстремальные условия саванны Калахари на севере Южной Африки», - говорит Сюзанна Хоффманн, научный сотрудник отдела поведенческой нейробиологии. «Электроника для записи сигналов хранилась в машине. Днем стало так жарко, что ноутбук чуть не начал светиться. Но записи все работали хорошо, даже когда птицы и их передатчики попали в один из немногих ливни."
Мозговая активность дуэтных птиц синхронизируется
Лиза Трост, тоже научный сотрудник отдела, говорит: «К счастью, процедура фиксации имплантов для нейронных измерений на головах птиц не заняла много времени. После полного выздоровления соответствующую птицу быстро вернули к группе и не потеряли своего социального статуса. Все птицы запели на дереве сразу после возвращения». Исследователи записали почти 650 дуэтов. Во многих случаях самцы начинали с песни, а партнер присоединялся к ней после некоторых вступительных слогов. Слоги между дуэтной парой следовали друг за другом без задержек и в идеальной координации. Координация была настолько точной, что анализ показал задержку всего в 0,25 секунды между пением партнеров по дуэту.
Пение певчих птиц контролируется сетью ядер мозга, системой управления голосом. В одном из этих ядер, HVC, зов птицы-партнера вызывает изменение активности нейронов у птицы, которая начала петь. Это, в свою очередь, влияет на его собственное пение. В результате получается точная синхронизация мозговой активности обеих птиц. «Ритмический дуэт индивидуумов достигается за счет сенсорной информации, поступающей от партнера», - говорит Манфред Гар, руководивший исследованием. Мозг партнеров образует сеть, функционирующую как расширенная цепь для организации временного паттерна дуэта. Исследователи подозревают, что аналогичные механизмы также отвечают за координацию движений во время социальных взаимодействий у людей (например,грамм. танцы с партнером).
«До сих пор такого рода 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».