Птицы наказали себя за фальшивое пение

Две группы нейробиологов опубликовали работы, объясняющие, каким образом птицам удается сохранять видоспецифичную песню, одновременно наделяя ее специфическими чертами, характерными для конкретных подвидов, популяций или особей. Оба исследования опубликованы в последнем выпуске Science, кратко о них рассказывается в обзорном материале на сайте издания.

Песни певчих птиц являются важнейшим компонентом их репродуктивного поведения и обычно имеют строго упорядоченную видоспецифичную структуру. Однако, помимо информации о видовой принадлежности, песни птиц несут также информацию об их групповой идентичности (локальные популяции) и индивидуальных свойствах особи. Каким образом птицам удается одновременно сохранять и видоспецифичность своих песен, и их локальные вариации, до сих пор до конца не понятно.

Целью первого исследования, выполненного учеными из Корнеллского университета в США, было выяснение того, как птицы исправляют ошибки, возникающие у них при пении. Для этого авторы записывали песни зебровых амадин и с помощью специальной компьютерной программы в реальном времени искажали один из звуков песни. Птица при этом «верила», что неправильный звук издала она сама, а не компьютер. Одновременно с этим ученые записывали активность дофаминергических нейронов в тегментуме.

Тегментум, или покрышка среднего мозга, является ключевой частью системы вознаграждения — группы нейронных структур, отвечающих за чувства радости и удовольствия и участвующих в обработке стимулов поощрения и наказания. От тегментума берут начало дофаминовые пути, ведущие в области префронтальной коры и лимбической системы. У птиц тегментум также связан с участком в одном из базальных ядер мозга, который называется «область X» и является одним из ключевых участков, отвечающих за обучение песне.

Оказалось, что при воспроизведении неправильных звуков активность дофаминергических нейронов заметно снижалась. При этом сигнал об ошибке был не абсолютным, а зависел от успешности предыдущих попыток. Если в предыдущей песне звук был воспроизведен правильно, а в следующей за ней — нет (то есть результат была хуже ожидаемого), то активность дофаминовых нейронов снижалась. Если же, напротив, результат был лучше ожидаемого — то есть, «сфальшивив» в предыдущий раз, птица наконец издавала правильную ноту — то активность дофаминовых нейронов повышалась. Такое изменение активности происходило ровно в тот момент, когда птица издавала правильный или неправильный звук. Таким образом, мозг птицы «наказывал» сам себя за фальшивые ноты — и «вознаграждал» за правильные.

Во втором исследовании международная группа исследователей изучала процесс обучения песне у молодых зебровых амадин. Эти птицы в молодости активно учатся петь, слушая родителей. Птицы, участвовавшие в исследовании, при этом росли не со своими родителями, а с приемными родителями другого вида — японской амадины, песня которая отличается от песни зебровой амадины. Оказалось, что в ходе обучения молодые птицы имитируют песни своих приемных родителей. Однако, имитируя ноты, птицы при этом изменяли продолжительности интервалов между нотами в соответствии с ритмом песни своего вида — которую они никогда в жизни не слышали.

Проанализировав активность слуховой коры птиц, исследователи продемонстрировали наличие двух классов нейронов. Один класс отвечал за интервалы между звуками, а другой — за высоту и длительность самих звуков. При этом первый тип нейронов оказался «резистентным» к песням приемных родителей и, судя по всему, выполнял некоторых врожденную программу, не поддающуюся изменению. Интересно, что при проигрывании молодым птицам песни своего вида и песни чужого вида нейроны этого типа избирательно активировались только в ответ на песню своего вида.

Результаты этих двух исследований объясняют, каким образом птицам удается сохранять видоспецифичную песню вопреки изменениям, которые возникают в отдельных популяциях и, казалось бы, должны накапливаться с каждым поколением, неузнаваемо меняя песню. Это, судя по всему, происходит благодаря наличию двух независимых «звуковых каналов» в песне, соответствующих двум типам нейронов: каналу ритма и каналу нот. Когда молодая птица учится петь, обратная связь, возникающая за счет дофаминовых нейронов в тегментуме, заставляет ее исправлять ошибки ритма — то есть его отклонения от врожденного видоспецифичного ритма. Главная цель канала ритма, таким образом, заключается в наиболее строгом соответствии врожденному ритму песни. По каналу нот при этом идет параллельное обучение, обратная связь при котором также осуществляется за счет дофаминовых нейронов. Однако в этом канале главная цель мозга птицы — наиболее точно соответствовать песне, которую она слышит от своих учителей, будь то птицы своего вида или чужого. При этом каналы остаются независимыми друг от друга, и каждый из них посылает свои собственные сигналы об ошибках в систему вознаграждения мозга птицы.

Недавно нейробиологи обнаружили механизм, не позволяющий зебровым амадинам переучивать те элементы песни, которые они уже выучили. А ранее в масштабном проекте по сравнению геномов 48 видов птиц было показано, что набор «голосовых» генов птиц во многом похож на набор генов, вовлеченных в организацию речи у людей.

Софья Долотовская