Птицы учатся петь, подражая своим родителям. Но теперь биологи научились создавать такие навыки искусственно, управляя активностью нейронов. Правда, пока речь идёт не обо всех особенностях трели, а только о продолжительности каждого звука. Тем не менее многообещающее исследование может проложить путь не только к пониманию всех удивительных особенностей процесса обучения, но и к лечению речевых расстройств.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science группой во главе с Тоддом Робертсом (Todd Roberts) из Техасского университета.
Дети обучаются языку, подражая словам, которые они слышат от родителей и окружающих людей. Уже в пять-семь месяцев ребёнок учится распознавать интонации, вычленяет в речи взрослых определённые закономерности в распределении слогов и так далее. Постепенно утрачивается невостребованная часть фонетики (поначалу в детском лепете присутствуют самые разные звуки, в том числе и такие, которых он никогда не слышал: у русскоязычных детей могут появляться носовые, гортанные, придыхательные фонемы).
О нейробиологических механизмах этого процесса наука пока знает не слишком много. Поэтому так трудно помочь пациентам с врождёнными нарушениями речи: никто попросту не знает, что именно в их мозге пошло не так. Разумеется, нейробиологи активно изучают этот вопрос. Но любые новые знания и выводы учёные стараются проверить в экспериментах, а когда речь идёт о человеке, допустим далеко не всякий эксперимент.
Поэтому Робертс и его коллеги изучают зебровых амадин. Эти удивительные птицы выступают в качестве биологических моделей далеко не первый год. Орнитологам известно, что они учатся пению, слушая, как поют их отцы. Но теперь биологи заменили родительский пример вмешательством в мозг.
Это первый случай, когда учёные подтвердили, что именно изученные области мозга кодируют воспоминания, необходимые животному для того, чтобы оно могло повторить некие действия (в случае человека это могли бы быть слова или, например, игра на фортепиано).
"Полученные данные позволили нам имплантировать эти воспоминания птицам и управлять их обучением пению", – заявляет Робертс.
Биологи управляли активностью нейронов с помощью оптогенетики. Нервные клетки генетически модифицированных амадин вырабатывали светочувствительный белок. Учёные активизировали нужный нейрон, просто освещая его.
Опыты проводились на птицах, которые никогда не слышали пения своих отцов. Однако биологи нашли способ научить их, как долго должен длиться каждый звук. Для этого они контролировали работу нейронного пути между областями мозга, известными как HVC и nucleus interfacialis (Nif). Продолжительность освещения нейронов кодировала длительность звуков.
"Мы не учим птицу всему, что ей нужно знать, – только продолжительности слогов в её песне, – подчёркивает Робертс. – Две области мозга, которые мы изучили в этом исследовании, представляют собой лишь одну часть головоломки".
Так, для правильного пения амадина также должна запомнить высоту каждого звука и порядок их воспроизведения. Очевидно, они контролируются другими нейронными путями, которые учёным только ещё предстоит изучить.
"Если бы мы вычислили эти другие пути, гипотетически мы могли бы научить птицу петь свою песню без какого-либо взаимодействия с отцом, – объясняет Робертс. – Но мы пока далеки от того, чтобы сделать это".
Тем не менее нейробиологи показали, что связь между HVC и Nif можно использовать для искусственного обучения правильной длительности слогов. Логично было бы предположить, что она используется и в естественном процессе. Исследователи доказали это, помешав работе данного нейронного пути у некоторых птенцов, ещё не умеющих петь. После такой экзекуции они уже не смогли выучиться у своих отцов.
С другой стороны, амадины, у которых работа этого пути была нарушена уже после обучения, остались умелыми вокалистами. Другими словами, найденная авторами межнейронная связь необходима для создания соответствующих воспоминаний, а не для их сохранения.
Разумеется, потребуется ещё очень много исследований, прежде чем полученную информацию можно будет применить для лечения людей. Дело в том числе и в том, что человеческий мозг гораздо сложнее птичьего. Более того, HVC – регион мозга, характерный именно для певчих птиц. В человеческой голове для него можно найти только более или менее близкие аналоги.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как можно имплантировать воспоминания с помощью РНК и побороть страх пересадкой нейронов. Говорили мы и о том, какую роль в птичьем пении играют гены и уникальный голосовой аппарат.
