Подобно тому, как люди учатся говорить, молодые птицы учатся петь, имитируя вокализацию взрослых особей того же вида в процессе развития. Молодые птицы предпочтительно разучивают песни своего вида даже в шумной обстановке с множеством различных птичьих песен. Но как они могут распознавать песни своего вида, до сих пор оставалось загадкой. В совместном исследовании нейробиологи и физик из Окинавского института науки и технологий (OIST) обнаружили врожденный механизм идентификации видов, основанный на тихих промежутках между слогами птичьего пения.
"Мы совместно разработали эксперимент, который работает в рамках ограничений нейронауки, удовлетворяя при этом требованиям физики", - говорит профессор Махеш Банди, руководитель отдела коллективных взаимодействий в OIST.
Доктор. Макото Араки и профессор Йоко Ядзаки-Сугияма из отдела нейронных механизмов критического периода OIST и профессор Банди провели эксперимент по перекрестному воспитанию, в котором молодые зебровые зяблики были выращены приемными родителями бенгальских зябликов, чтобы изучить, как их пение птиц развивается под руководством другого вида.. Пение птиц состоит из стереотипных повторений нескольких слогов, называемых «песенными мотивами», в которых слоги разделены безмолвными промежутками. Выводы, опубликованные в журнале Science, показывают, что выращенные зебровые амадины изучили морфологию слогов бенгальских зябликов, включая продолжительность слога, но перенесли их на паттерны молчаливого промежутка зебровых зябликов. Это говорит о том, что временные промежутки между слогами являются врожденными, а морфологию слогов можно выучить.
«Воспитанные зебровые амадины пели песню бенгальских зябликов с зебровым акцентом», - говорит профессор Йоко Ядзаки-Сугияма.
Чтобы определить нейронную основу этого врожденного механизма обнаружения видов, исследователи записали активность нейронов в слуховой коре головного мозга взрослых зебровых вьюрков во время воздействия птичьего пения. Они обнаружили первый набор нейронов, которые регистрировали временные промежутки в песнях зебровых вьюрков, а также отдельный второй набор нейронов, которые реагируют на морфологию слогов.
Используя последовательности слогов песни или белый шум, разделенные молчаливыми интервалами различной длины, они обнаружили, что первый набор нейронов наиболее чувствителен к молчаливым промежуткам той же продолжительности, что и молчаливые промежутки, обнаруживаемые в естественном пении зебрового зяблика. Нейроны не реагировали на последовательности слогов, если продолжительность между слогами была слишком короткой или слишком длинной. Это явление сохранялось у молодых зебровых вьюрков, выращенных в изоляции или перекрестно воспитанных родителями бенгальских вьюрков.
Этот первый набор нейронов сильно отреагировал на естественную песню зяблика-зебры. Они не реагировали ни на искусственную песню зебрового зяблика, в которой была увеличена продолжительность молчаливых промежутков между слогами, ни на песни других видов. Вместе эти результаты подтверждают существование нейронных механизмов, которые используют тихие промежутки между слогами пения птиц для обнаружения песен одного и того же вида во время обучения.
«Этот первый набор нейронов работает как своего рода нейронный считыватель штрих-кода», - говорит профессор Ядзаки-Сугияма.
Каждый самец зебрового зяблика должен выработать уникальную песню, которая отличается от других зебровых зябликов, сохраняя при этом видовую специфику. Параллельная обработка морфологии слогов и временных молчаливых промежутков между слогами, обнаруженная исследователями OIST, может помочь объяснить, как эти два конкурирующих критерия удовлетворяются.
Десятилетия назад исследователи из Bell Laboratories, стремящиеся повысить пропускную способность телекоммуникационных каналов, разработали инструменты для обнаружения голосовой активности, а также теории информации. Эта совместная командная работа исследователей из разных дисциплин применила инструменты теории информации и обнаружила, что схожие стратегии запрограммированы в мозгу птиц для распознавания и изучения песен своего вида. Эти находки говорят нам о том, что информация скрывается в тишине.