Материал представляет собой перевод статьи, подготовленный в рамках работы студенческого переводческого бюро Тольяттинского государственного университета.

Попугаи настолько искусны в подражании человеческой речи, что само название этих птиц стало синонимом бессмысленного повторения. Удивительная способность попугаев воспроизводить сложные и разнообразные звуки давно привлекает внимание учёных, но многое в ней до сих пор оставалось загадкой. В недавнем исследовании учёные смогли проследить, как именно в мозге волнистого попугайчика формируются звуки. Оказалось, что активные зоны мозга, отвечающие за коммуникацию у попугаев, поразительно похожи на наши.

Источник: freepik.com

Исследование, опубликованное в журнале Nature, указывает на высокий потенциал использования попугаев (особенно волнистых попугайчиков) в качестве модели для изучения человеческой речи, механизмов речевых нарушений и способов их лечения. Кроме того, работа пополняет копилку доказательств того, что «птичьи мозги» – вовсе не оскорбление, а скорее комплимент. Многие пернатые действительно поражают способностью учиться, считать и логически мыслить. Так что, если вас сравнивают с попугаем, это просто ещё один повод для гордости.

Волнистый попугай – небольшая птичка ярко-зелёного или жёлтого окраса родом из Австралии. В дикой природе попугайчики живут стаями, общаются с сородичами при помощи длинных трелей, питаются семенами и перелетают с места на место в поисках пищи. Именно их мы чаще всего можем увидеть в зоомагазинах. Даже в неволе они сохраняют свою потребность в общении и очень умело копируют человеческую речь. Так, например, «волнистик» по кличке Пак был занесён в Книгу рекордов Гиннесса как птица с самым большим словарным запасом – в арсенал попугайчика входило целых 1728 слов.

Чтобы понять, как этим птицам удаётся так точно имитировать человека и воспроизводить такое разнообразие звуков, исследователи хирургическим путём вживили миниатюрные датчики в мозг четырёх попугайчиков – в область, связанную с сиринксом (голосовым органом у птиц). Затем они отслеживали активность нейронов, пока птицы издавали различные звуки. Полученные данные сравнили с результатами других исследований, где анализировали речь людей и амадин – певчих птиц из семейства вьюрковых. Амадины также представляют большой интерес для исследований, но не имеют в своём репертуаре такого количества звуков, как попугайчики.

Учёные обнаружили, что исследуемый участок мозга попугаев по принципу работы очень похож на область коры головного мозга, отвечающую за речевую моторику у людей. По сути, каждый звук оставляет в мозге уникальный «нейронный штрихкод». У амадин всё иначе: их щебет сопровождается сложной и малопонятной картиной нейронной активности. Да, амадины могут выучить и затем исполнять длинные песни, но характер их мозговой активности указывает на крайне ограниченную способность к импровизации – они не отклоняются от заученного репертуара и лишь повторяют одни и те же мелодии.

Майкл Лонг, один из авторов исследования и нейробиолог из Медицинской школы Гроссмана при Нью-Йоркском университете, отмечает, что по нейронной активности амадин невозможно определить, что и как они поют: «Мы видим какую-то активность, и эта активность одинакова каждый раз, когда птица поёт, но нет никакого „нотного листа“, который мы могли бы прочитать».

У людей и попугаев в таких случаях мозг работает более упорядоченно. Похоже, что и те, и другие кодируют речь с помощью чётких, повторяющихся последовательностей нервных импульсов. В человеческом мозге, например, определённые движения губ или языка связаны с конкретной последовательностью импульсов. Эти связи настолько предсказуемы, что учёные уже нашли способы использовать подобные сигналы для воссоздания речи у людей, потерявших способность говорить.

Майкл Лонг утверждает, что у попугаев нейроны активируются по схожему принципу – в зависимости от тона и типа издаваемого звука. «Это своего рода музыкальная клавиатура, – объясняет Лонг. – Похоже, что за произношение согласных и гласных звуков отвечают отдельные клетки мозга. Причём внутри гласных даже выделяется целый спектр различных тональностей. Мы видим нейроны для си-бемоля, нейроны для ноты си – и так по всему звукоряду. Взяв все эти нейроны, можно закодировать любую фразу, которую необходимо произнести».

Нейронная активность у волнистых попугайчиков настолько точно соответствует их щебету, трелям и другим звукам, что Майклу Лонгу с коллегами удалось воспроизвести характерную частотную кривую птичьего крика, ориентируясь на сигналы от всего лишь пяти нейронов. По словам учёного, это первый случай, когда столь чёткая связь между мозговыми сигналами и произносимыми звуками зафиксирована у животного, не относящегося к млекопитающим.

Другие учёные так же высоко оценили эти результаты. Например, нейробиолог Джошуа Нойнюбель из Университета Делавэра пишет, что они открывают «захватывающие направления для будущих исследований».

В будущем Лонг и его коллеги надеются обнаружить более высокоуровневые области мозга, которые, возможно, «нажимают на клавиши музыкальной клавиатуры» внутри мозга попугаев. Это поможет ответить на вопрос, как птица решает, какой звук издать. Кроме того, Лонг сотрудничает со специалистами в области машинного обучения, чтобы «перевести» то, что попугайчики на самом деле сообщают своим пением.

И всё же одним из самых перспективных направлений исследований считается использование попугаев в качестве модельных организмов для изучения широкого спектра нарушений речи у человека: от расстройств аутистического спектра до болезни Паркинсона и афазии.

– Подобные исследования дают надежду на развитие новых методов терапии речи и создание систем для обмена информацией между мозгом и электронными устройствами, – пишет Нойнюбель. Хотя мозг человека и попугая разделяют 300 миллионов лет эволюции, поразительное нейробиологическое сходство в формировании речи может дать учёным ключ к разгадке природы речевых заболеваний и их лечения.

– Людям, утратившим речь, можно её вернуть. Именно это заставляет меня продолжать работу каждый день, – говорит Майкл Лонг.

Источник

Переводчик: Андрей Нестеров

Редактор: Александра Москалюк