Абстрактное восприятие ритма — это способность узнавать временной паттерн (мелодию), даже если он воспроизводится в другом темпе. До сих пор этот навык считался фундаментом человеческой речи и музыки, а среди животных достоверно встречался лишь у видов, способных к вокальному обучению, например у певчих птиц. Ученые полагали, что для чувства ритма нужны специализированные нейронные связи между слухом и моторикой. Голуби и крысы с подобными тестами не справлялись, поэтому исследователи решили проверить когнитивные границы насекомых.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, создали искусственный «луг» с шестью электронными «цветками», оборудованными микроконтроллерами и светодиодами. Цветки непрерывно мигали в двух разных сложных ритмах. В центре цветков с правильным ритмом была капля сладкого сиропа. Другой ритм сигнализировал о наличии горького раствора хинина, нелюбимого шмелями. Ученые уравняли паттерны: суммарная продолжительность свечения и длительность пауз в обоих вариантах абсолютно совпадали. Шмели не могли ориентироваться на общую освещенность или простые визуальные подсказки — им приходилось запоминать саму структуру ритма.
В следующих тестах насекомым усложнили задачу: выученный ритм начали воспроизводить в новых, незнакомых темпах — быстрее или медленнее. В финальном эксперименте шмелей поодиночке запускали в Т-образный лабиринт, где свет заменили вибрацией. В лабиринте насекомые запомнили сложные ритмичные вибрации поверхности и успешно находили еду. После удачного обучения биологи отключали вибрацию и запускали визуальный тест, где тот же самый ритм подавался уже в виде вспышек света.
Во всех испытаниях шмели уверенно выбирали правильные кормушки. Они успешно распознавали абстрактный ритм как при изменении темпа, так и при переносе с осязания на зрение. Перед тем как принять решение, насекомые вели себя как внимательные слушатели: не садились сразу, а зависали над цветком. Если шмель находился в воздухе примерно 1,2 секунды — время, равное одному полному циклу ритмического рисунка, — вероятность безошибочного выбора достигала 85-100%.
Результаты исследования показали, что для восприятия абстрактного времени не требуются эволюционные инновации певчих видов. Умение считывать сложные ритмические паттерны может развиться даже в шмелином мозге размером с кунжутное зернышко. Авторы научной работы предположили, что у насекомых эта способность возникла из необходимости анализировать оптический поток — ритмичное мелькание света и тени, которое мозг шмеля обрабатывает для навигации и контроля скорости во время полета.