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