Ученые нашли способ программировать мозг птиц

Чтобы узнать, как работают наши тела, ученые часто обращаются к изучению животных, чьи физиологические характеристики сходны с человеческими. Так, например, специалисты используют зябликов, чтобы выявить инструменты речевого воздействия на людей, поскольку их вокальное развитие очень похоже на наше.

Зяблики-зебры, как правило, учатся воспроизводить мелодию путем подражания родителям, но новое интересное исследование показывает, что они могут выучить песню, даже не слыша ее. Биологи научились формировать такие навыки искусственно, путем управления активностью нейронов.

Маленькие дети учатся говорить, воспроизводя звуки, которые они слышат от родителей. Похожий принцип есть и у птиц: к примеру, зяблики напевают птенцам свои мелодии, чтобы в их памяти выработался необходимый акустический паттерн. Став взрослыми, они будут петь такие же песни уже своим птенцам.

Исследователи Техасского университета сумели вмешаться в этот процесс и наделить зябликов ложной памятью о мелодиях, которые они никогда не слышали. Они воспользовались для своих целей новой технологией, которая называется оптогенетикой (это метод управления живой тканью с помощью света). Достижение описано в научной работе, опубликованной группой ученых во главе с Тоддом Робертсом в журнале Science.

Биологи точечно осветили нужные участки в мозге птиц и простимулировали активность некоторых нейронов для формирования между ними новых связей. Ведь память живых существ и является совокупностью межнейронных связей. Исследователи закодировали в памяти птицы новую комбинацию звуков, а затем воспроизвели ее в мозгу подопытного зяблика. Время, в течение которого отдельные нейроны оставались активными, соответствовало длине нот в песне, которую зяблик впоследствии мог вспомнить. После операции он запел неизвестную ему мелодию.

Ученые уверены, что совершенное открытие позволит лучше понять процессы, при которых у людей нарушается способность разговаривать. «Человек, как и зяблик, учится управлять собственным голосом, повторяя за родителями», — говорят эксперты.

О нейробиологических механизмах данного процесса науке пока известно не слишком много, поэтому помочь пациентам, имеющим врожденные речевые нарушения, не всегда возможно: ученые просто не знают, что конкретно в мозге пошло не так.

Конечно, нейробиологи изучают этот вопрос. Однако любые выводы и новые знания стараются проверить опытным путем. Когда речь идет о людях, не всякий эксперимент допустим, поэтому эксперты исследуют птиц. Может потребоваться определенное время, прежде чем подобные открытия будут совершены с использованием человеческого мозга.

Процессы, связанные с языком и речью, у людей намного сложнее, чем у певчих птиц. Но проведенное исследование дает четкую информацию о том, где искать более глубокое понимание нарушений развития нервной системы. В конечном итоге цель состоит в том, чтобы выяснить, как происходит вокальное обучение и развитие языка в человеческом мозге, и, возможно, даже научиться восстанавливать речь у людей с аутизмом или другими неврологическими состояниями, влияющими на речевую функцию.

Оптогенетика – технология, которую сложно применять в первую очередь из-за того, что наши знания о процессе формирования воспоминаний очень скудны. Новая мелодия для птиц была похожа на код в азбуке Морзе, элементарное чередование коротких и длинных сигналов. Исследователи пока не знают, как закодировать высоту, тональность и порядок звуков, чтобы сделать композицию действительно красивой и похожей на настоящее пение птиц. Работа в данном направлении пока только начинается.

«Мы не учим птицу всему, что ей нужно знать, а только лишь продолжительности слогов в ее песне» сказал Робертс. «Две области мозга, которые мы проверили в этом исследовании, представляют собой лишь одну часть головоломки».

Он добавил, что, проведя больше исследований, можно научить птиц петь любую мелодию без какого-либо учителя. «Но, — сказал Робертс, — мы далеки от этого».

«Человеческий мозги пути, связанные с речью и языком, намного сложнее, чем схемы певчих птиц», — сказал Робертс. «Но наше исследование дает четкую информацию о том, где искать более глубокое понимание нарушений развития нервной системы»

Источник fb.ru