Зяблики зебры так хорошо поют, что могут делать это во сне. И, по словам ученых, они делают все, кроме: когда они дремлют, зебра зябликов запускает области мозга и вибрирует их голосовые связки так, чтобы имитировать бодрствующее пение.
Связанный контент
- Изучение сна было мифом, но вы могли бы укрепить воспоминания, пока вы спите
- Это твой мозг в твоей любимой песне
За последние два десятилетия ученые обнаружили, что сон является важной частью репертуара по обучению песням зебры. Зяблики не рождаются ариями; вместо этого они изучают свои песни в подростковом возрасте, практикуя и работая под присмотром взрослого наставника. Преподаватель будет терпеливо петь для своих учеников, которые затем произнесут свою предварительную вокализацию. Слышать их собственные голоса, по-видимому, очень важно для маленьких зябликов, когда они сами проверяют ноты и слоги.
Конечно, практика делает совершенным, но еще более важным? Спокойной ночи.
После тяжелого школьного дня каждый зяблик-зебра отправляется спать с музыкой в уме - настолько, что его мозг начинает мерцать и повторять те же паттерны, что и во время ежедневных занятий. Его голосовые связки тоже вибрируют, но не производят звука: птицы не проталкивают воздух через горло, чтобы генерировать слышимый шум.
Исследователи полагают, что птицы, по сути, мечтают о песне - больше синхронизируют сон, чем поют. Это может иметь непосредственное отношение к кристаллизации и преобразованию материала, полученного от их преподавателей, - феномен, сравнимый с тем, что люди упаковывают воспоминания и информацию в долговременное хранилище. По утрам зяблики просыпаются неестественными и дезориентированными, болтая немного менее связно, чем в предыдущий день, но со временем их песни улучшаются.
Ученые считают, что изучение того, как птицы используют сон для изучения своих песен, может помочь нам понять таинственный процесс освоения человеческого языка. Как и человеческая речь, мелодии пения птиц сложны и сложны, и даже активируют мозговые пути и мышцы, очень похожие на человеческие.
«У меня был этот безумный сон прошлой ночью, но я забыл записать его». (Flickr / Кэти) Но изучать сновидения дремлющего зебры не так просто: мы не можем заставить птиц проснуться и спросить. Чтобы лучше понять внутреннюю работу этих сонных птичьих мозгов, исследовательская группа Габриэля Миндлина в Университете Буэнос-Айреса решила сделать еще один шаг вперед в цепочке музыкальных команд. Мозги контролируют поведение, но между ними есть мускулистый посредник. Чтобы преобразовать паттерн в мозге в полноценную серенаду, птичий вокальный орган должен сначала выполнить маршевые приказы. Вместе со своими коллегами Миндлин, профессор биофизики, изучающий механику пения птиц, разработал систему для непосредственного измерения активности задействованных мышц.
В предыдущей работе его исследовательская группа в сотрудничестве с учеными из Университета Юты обнаружила, что зяблики зевка двигают свои голосовые мышцы синхронно с песноподобной активностью в мозге, что указывает на то, что считывание мышц может быть хорошим показателем для заглядывания в мелодичные воспоминания птиц.
«Теперь вместо того, чтобы смотреть на одну [мозговую] клетку за раз, мы можем видеть результаты всей системы, и это очень интересно», - говорит Даниэль Марголиаш, профессор нейробиологии в Чикагском университете, который изучал пение птиц более три десятилетия Марголиаш ранее сотрудничал с группой Миндлина, но не участвовал в этих исследованиях.
Исследование также показало, что сон - это не просто время для репетиций - он также может дать птицам возможность спокойно импровизировать новые мелодии. Похоже, что вокальные мускулы птиц слегка растекаются по ночам, сочиняя безмолвные песни, которые не соответствуют сценариям дневного времени. Это новое исследование смогло уловить вариации, которые не могли дать предыдущие исследования мозга, и предполагает, что музыкальный разум извивается, когда зебра зябко засыпает.
Для Миндлин это было огромно. «Теперь у нас есть модель, которой не нужен мозг», - говорит он.
На прошлой неделе, в двух новых исследованиях, группа Миндлина расширяет свои исследования. Оба исследования сосредоточены на том, как ученые изучают голосовые мышцы зябликов, в надежде раскрыть больше секретов дремлющего птичьего мозга.
Во-первых, ученые под руководством Хуана Доплера, физика, работающего под руководством Миндлина, хотели облегчить изучение мышц птиц. Сосредоточение внимания на мышцах может быть более прямым способом запечатлеть механику серенады дремоты, но это все еще не легко. Взрослые зяблики зебры должны пройти операцию, чтобы позволить ученым прикрепить электроды к нескольким мышцам.
Тем не менее, хотя эти мышцы, как считается, напрямую контролируют отдельные аспекты производства песен, например, высоту звука, они также должны работать вместе. Некоторые физически связаны, в том числе одна особенно важная мышца, называемая syringealis ventralis, которая, как известно, контролирует частоту песни.
Исследователи обнаружили, что измерение активности только одного шприцевого вентралиса может достоверно фиксировать динамику баллад пения птиц почти так же точно, как и старая методика измерения нескольких мышц. Как и ожидалось, мышечная активность содержала информацию о частоте, но также могла предсказать, когда музыкальные мотивы начинаются и останавливаются с точностью более 70 процентов.
«Мы переходим от того, чтобы полностью сосредоточиться на мозге и нейронах, а также уделяем внимание биомеханике, где обрабатывается информация нервной системы», - говорит Доплер. «Это мощная идея. В некоторых случаях, взгляд на биомеханику может дать вам понимание, которое не очень ясно в нервной системе ».
С помощью более простой системы Доплера, описанной в журнале Chaos, исследователи могут легче изучать песни снов птиц; Более того, понимание механики этой мощной мышцы может также помочь понять, как голосовая система работает как функциональная единица.
«Особенности мышц действительно кровоточат», - говорит Кэтрин Чида, нейробиолог из Университета Дьюка, изучавшая изучение песен у зябликов зебры. «Вы можете получить показания из одной мускулатуры [на] множестве различных функций, несмотря на то, что мышца не является главным функциональным драйвером системы». Чида, который не был вовлечен в работу, также похвалил Изучите методологию «высокого качества».
На этой диаграмме показана активация мышц шприца у зяблика во время пения (вверху) и ночью (серый цвет, внизу). (Young et. Al., В PeerJ (2017)) Во втором исследовании группа во главе с Аланом Бушем, также физиком из группы Миндлина, обнаружила, что они могут манипулировать птицами, чтобы они напрягли свои голосовые мышцы, воспроизводя им версии своих собственных песен, пока они спят, - форма гармонического гипноза. Буш стремился изучить закономерности того, как мышцы на самом деле стреляют во сне. По его мнению, вокальный орган - это не просто марионетка, выполняющая мозговой набор мастер-инструкций, а скорее творческая связь между мозгом и поведением, которая может добавлять свои конечности в конечный продукт. «Большая часть сложности системы на самом деле исходит от периферии, где находятся мышцы», - объясняет он.
Буш и его коллеги обнаружили, что когда мышцы вовлекаются в работу, они ведут себя все или ничего. При воспроизведении фрагментов самих себя, напевающих мелодии, мускулы птиц надежно дергались. Даже синтетические версии этих песен, ремикшированные в лаборатории, иногда могли вызывать реакции вокальных органов. Часто мышцы были неподвижны, но когда они были изогнуты, они выполняли полную последовательность вокализации.
Ученые говорят, что это знание открывает новые способы изучения того, как музыкальная мускулатура стимулируется к действию.
Из-за инвазивности операции Миндлин и его команда смогли проверить только мышечную реакцию взрослых зябликов зебры. Однако будущие эксперименты с более продвинутой технологией могут пролить свет на состояние сна молодых птиц. Такие результаты могут подтвердить предыдущее исследование о том, как подростковая зебра подбрасывает игрушку с учениями своего наставника и добавляет свои личные штрихи во время сна. Но какой цели это может служить у взрослых, которые уже освоили свои мелодии?
Марголиаш думает, что нужно поддерживать экспертизу. «Если вы хотите достичь очень высокого уровня точности, вам нужно работать, чтобы достичь этого, и практиковаться, чтобы оставаться там», - объясняет он. «Зябликам Зебры и людям нужно практиковаться, чтобы поддерживать качество, которого мы достигаем».
Когда-нибудь, благодаря объединенным силам нейробиологии и биофизики, ученые действительно смогут глубже погрузиться в песни сна. Технология не совсем справилась с этой задачей, но с каждым днем она становится все более мощной. До тех пор? Мечтать.
