«Мы совместно разработали эксперимент, который работает в рамках ограничений нейробиологии и удовлетворяет требованиям физики», — говорит профессор Махеш Банди, руководитель отдела коллективных взаимодействий в OIST.
Доктор. Макото Араки и профессор Йоко Ядзаки-Сугияма из отдела нейронных механизмов OIST для критических периодов и профессор Банди провели эксперимент по перекрестному воспитанию, в котором молодых зебровых зябликов выращивали приемные родители бенгальских зябликов, чтобы изучить, как их птичье пение развивается под руководством разных видов. Пение птиц состоит из стереотипных повторов нескольких слогов, называемых «песенными мотивами», в которых слоги разделены молчанием.
Результаты, опубликованные в журнале Science, показывают, что выращенные зебровые зяблики выучили морфологию слогов бенгальских зябликов, в том числе продолжительность слогов, но перенесли их на шаблоны молчания зебровых зябликов. Это говорит о том, что временные промежутки между слогами являются врожденными, а морфология слогов может быть изучена.
«Выращенные зебровые зяблики спели песню бенгальских зябликов с акцентом на зебровых зябликов», — говорит профессор Йоко Язаки-Сугияма.
Чтобы определить нейронную основу этого врожденного механизма обнаружения видов, исследователи зарегистрировали активность нейронов в слуховой коре головного мозга взрослых зебр зябликов во время воздействия пения птиц.
Они обнаружили первый набор нейронов, которые регистрировали временные промежутки в песнях зебровых вьюрков, а также отдельный второй набор нейронов, которые реагируют на морфологию слога.
Используя последовательности слогов песни или белый шум, разделенные паузами молчания разной длины, они обнаружили, что первый набор нейронов наиболее чувствителен к безмолвным паузам той же продолжительности, что и молчаливые паузы, обнаруживаемые в естественной песне зябликов.
Нейроны не реагировали на последовательность слогов, если продолжительность между слогами была слишком короткой или слишком длинной. Это явление сохранялось у молодых зебровых зябликов, выращенных изолированно или от родителей бенгальских зябликов.
Этот первый набор нейронов сильно отреагировал на естественную песню зебрового вьюрка. Они не отреагировали ни на искусственную песню зебровых вьюрков, в которой продолжительность паузы между слогами была увеличена, ни на песни других видов. Вместе эти результаты подтверждают существование нейронных механизмов, которые используют молчание между слогами пения птиц для распознавания песен одного и того же вида во время обучения.
«Этот первый набор нейронов работает как своего рода считыватель нейронных штрих-кодов», — говорит профессор Ядзаки-Сугияма.
Каждый самец зебрового зяблика должен развить уникальную песню, которая отличается от других зебровых зябликов, сохраняя при этом видоспецифическую идентичность. Параллельная обработка морфологии слога и временные паузы между слогами, обнаруженные исследователями OIST, могут помочь объяснить, как выполняются эти два конкурирующих критерия.
Десятилетия назад исследователи Bell Laboratories, стремящиеся увеличить пропускную способность телекоммуникационных каналов, разработали инструменты для обнаружения голосовой активности, а также теорию информации.
Эта совместная командная работа исследователей из разных дисциплин применила инструменты теории информации и обнаружила, что аналогичные стратегии встроены в мозг птиц для распознавания и изучения песен их собственного вида. Эти данные говорят нам, что есть информация в тишине.