Как птицы учатся пению через имитацию: открытие нейронных механизмов

Исследование под руководством нейробиологов Медицинского центра NYU Langone, опубликованное на обложке журнала Science 14 января, показало, как точные изменения в нейронных цепях мозга происходят у молодых зебровых амадин при переходе от прослушивания брачной песни отца к самостоятельному её исполнению.

Работа раскрывает механизмы обучения пению через наблюдение и практику. Авторы надеются, что она поможет в будущих исследованиях по восстановлению у пациентов с травмами мозга способности к освоению сложных навыков, таких как речь.

Ключевые открытия:

• Ранняя активация: В начале подросткового возраста простое прослушивание песни отца активирует те же сети нейронов, которые позже птица будет использовать для пения уже выученной песни.
• Роль торможения: Особый тип нервных клеток — тормозные интернейроны — подавляет активность окружающих нейронов, чтобы "высекать" функцию из сенсорного входа. Исследователи обнаружили, что интернейроны подавляют влияние каждой ноты в песне отца сразу после её заучивания, "фиксируя" её в памяти птицы шаг за шагом.
• Динамика обучения: Влияние родителя на нейронные цепи подростка постепенно уменьшалось по мере обучения. Быстро обучающиеся птицы демонстрировали и более быстрые изменения в мозге.
• Нейронный "барьер": После того как песня была выучена, премоторные нейроны, управляющие пением, больше не активировались в ответ на песню учителя. Тормозные сигналы от интернейронов сформировали "барьер" вокруг выученных нот, сделав их невосприимчивыми к родительскому влиянию.

Методология: Учёные использовали электроды для отслеживания активности клеток мозга у молодых зебровых амадин в течение нескольких недель, пока те учили песни у наставника-родителя. Птицы практикуют песню сотни тысяч раз в течение своего подросткового периода, который начинается примерно через месяц после рождения и длится 100 дней.

Значение и перспективы: Исследование углубляет понимание того, как осваиваются сложные навыки, и какую роль в закреплении запомненных паттернов играет сенсорное торможение. Эта схема может быть применима к сложному поведению у людей, например, танцам или спортивным движениям.

Следующим шагом команды будут эксперименты по выяснению того, как сети тормозных интернейронов "различают" освоенные ноты и те, которые ещё учатся. Это знание может в будущем помочь в попытках ослабить тормозные барьеры, сформированные при обучении, чтобы вновь сделать нейронные цепи доступными для восстановления утраченных из-за травмы или инсульта навыков.