Управление сложными звуками у попугаев работает по тем же принципам, что у человека: нейроны формируют упорядоченную «карту» акустических признаков в определенном участке мозга. Это меняет подход к лечению заикания и афазии.
Волнистые попугайчики / © Christopher Auger-Dominguez
Человеческая речь требует точной координации мышц гортани, языка и губ. Долгое время считалось, что подобный уровень контроля уникален для людей. Однако некоторые птицы, например волнистые попугайчики, способны имитировать человеческую речь, что заставило ученых искать общие нейронные механизмы. До сих пор оставалось неясным, как мозг попугаев управляет произношением и есть ли здесь параллели с людьми.
Чтобы понять, как мозг управляет образованием комплекса сложных звуков, такого как речь, нейробиологи провели эксперимент с двумя видами птиц. Они сравнили волнистых попугайчиков, способных имитировать человеческую речь, и зебровых амадин, чьи песни состоят из жестких шаблонов. Результаты, опубликованные в журнале Nature, выявили у попугаев механизм контроля звуков, похожий на человеческий.
Ученые сосредоточились на двух зонах мозга: центральном ядре переднего аркопаллиума AAC у попугаев (аркопаллиум — многоядерная часть паллиума, который у птиц выполняет те же функции, что кора у млекопитающих) и робустном ядре аркопаллиума RA у амадин.
С помощью микроэлектродов они записали активность 220 нейронов AAC у четырех попугаев и 502 нейронов RA у семи амадин во время пения. Оказалось, что AAC попугаев работает как «акустический процессор» — нейроны области кодируют не отдельные ноты, а физические параметры звука: высоту тона, гармоники, шумовые компоненты. Например, когда птица издавала звук частотой два килогерца, активировалась одна группа нейронов, а при четырех килогерцах — другая. У амадин RA, напротив, контролировал только порядок нот в песне, не связывая их с акустическими свойствами.
Различия между видами оказались ключевыми. Нейроны AAC попугаев формировали непрерывную «карту» звукового спектра: похожие частоты активировали перекрывающиеся нейронные ансамбли. Это позволяет гибко комбинировать звуки — так же, как человек складывает слова из фонем. У амадин каждый элемент песни, даже акустически близкий, кодировался уникальным набором нейронов, что исключает вариативность.
Еще одно отличие — связь с голосовым органом. Более половины нейронов AAC реагировали на конкретную высоту тона, регулируя напряжение мышц сиринкса — птичьего аналога гортани. У амадин RA управлял лишь временными параметрами песни, но не ее акустикой.
Чтобы проверить гипотезу, исследователи создали алгоритм, который предсказывал высоту тона по активности нейронов. Для попугаев точность прогноза достигла 84% (R = 0.84). У амадин та же модель дала случайный результат (R = −0.02), поскольку их нейроны не содержали информации о частоте звука.
Новая научная работа впервые доказала, что мозг попугаев и человека использует одинаковый принцип организации речевых зон. И AAC, и речевая моторная кора группируют нейроны по акустическим признакам, а не жестким шаблонам. Это позволяет обоим видам «переиспользовать» нейронные ансамбли для создания новых звуков — это основа обучения речи.
Амадины, с их ограниченным вокабуляром, стали важным контрпримером. Их мозг, в отличие от мозга попугаев, не связывает активность нейронов с акустикой, что объясняет неспособность к имитации. Открытие не только раскрывает эволюционные корни речи, но и предлагает модель для изучения ее нарушений — от заикания до последствий инсульта.
