Птицы и млекопитающие имеют общую нейронную схему для обучения

Изучение птичьей песни — это модельная система для исследования общих принципов обучения. Однако проведение параллелей между обучением у птиц и млекопитающих было затруднено из-за анатомических различий в строении их мозга.

Новое исследование учёных из MIT и Еврейского университета в Иерусалиме помогает решить эту проблему. Исследователи идентифицировали определённые классы нейронов в мозге певчих птиц и сопоставили их с аналогами у млекопитающих.

Исследование сосредоточено на базальных ганглиях — структурах мозга, играющих ключевую роль в обучении навыкам и формировании привычек, а также связанных с такими расстройствами, как болезнь Паркинсона, обсессивно-компульсивное расстройство и наркомания. У млекопитающих базальные ганглии состоят из нескольких структур, включая полосатое тело (striatum) и бледный шар (globus pallidus), которые центрально вовлечены в болезнь Паркинсона.

Растёт количество свидетельств, что схожие нейронные цепи присутствуют и у птиц, где они, по-видимому, лежат в основе обучения пению. Однако у птиц нет анатомических разделений, и разные типы клеток базальных ганглиев перемешаны в крошечной (~1 мм) структуре, известной как «область X».

Джесси Голдберг и Майкл Фи из Института исследований мозга Макговерна при MIT записывали электрическую активность отдельных нейронов в мозге молодых зебровых амадин, используя моторный микропривод для точного позиционирования электродов в области X.

На основе паттернов электрической активности во время пения птиц исследователи выделили два различных класса нейронов с разными паттернами разрядов. Эти записи сравнили с паттернами активности, зарегистрированными от двух известных анатомических путей в бледном шаре обезьяны. Хотя частота разрядов у птиц значительно выше (до 700 импульсов в секунду, что является одним из самых высоких показателей среди нейронов), паттерны в остальном очень схожи между двумя видами. Кроме того, исследователи подтвердили, что один из двух классов у птиц формирует такие же типы связей, как и их аналоги у приматов.

Новые результаты опубликованы в выпуске Journal of Neuroscience от 26 мая. В отдельном исследовании, недавно опубликованном в Journal of Neurophysiology, Голдберг и Фи сообщили, что другие нейроны в области X демонстрируют активность, сходную с четырьмя известными классами нейронов в полосатом теле млекопитающих.

«Наши результаты убедительно свидетельствуют, что одни и те же нейронные цепи лежат в основе обучения у птиц и млекопитающих, несмотря на поверхностные анатомические различия. Эта схема должна была эволюционировать как минимум 300 миллионов лет назад, до разделения птиц и млекопитающих», — говорит Голдберг.

Обучение птичьей песне — очень стереотипная форма обучения и идеальная модельная система для понимания общих принципов, связанных с обучением сложным действиям. Новые данные подтверждают идею, что такие уроки, вероятно, применимы к биологии человека и лечению таких расстройств, как болезнь Паркинсона.