Гранит науки - 2003-01-13

Пение птиц как продукт взаимодействия их головного мозга и звукового аппарата проанализировали аргентинские физики - оказалось, что сложные трели и рулады обеспечивает относительное простая нейронная схема. У микрофона Марина Аствацатурян! Авторы исследования, опубликованного в последнем прошлогоднем номере Physical Review Focus, моделировали часть головного мозга пернатых, способную генерировать различные элементы птичьей мелодии. Родриго Лахе (Rodrigo Laje) и Габриэль Миндлин (Gabriel Mindlin) из Университета Буэнос-Айреса (University of Buenos Aires) обнаружили, что простая организация нервных клеток обеспечивает поведение достаточно сложное для того, чтобы производить большую часть воробьиных мотивов. Птицы не появляются на свет с готовым умением петь. Они учатся этому, отшлифовывая одну основную, как бы матричную песню, подобно тому, как дети учатся говорить. А потому ученые пытаются постичь главный способ межчеловеческого общения путем исследования пения птиц. Ими уже выявлен участок птичьего мозга, ответственный за пение, и показано, как работает певческий орган птиц сиринкс. Звук получается от вызванного прохождением потока воздуха дребезжания в сиринксе двух мышечных клапанов. Аргентинские исследователи обнаружили, что циклические изменения в прохождении воздуха и в напряжении сиринкса могут вызывать разнообразие элементов песни. А качество результирующего элемента определяют фазовые различия между двумя циклами.

Для того, чтобы понять, каким образом электрическое возбуждение клеток мозга порождает точную последовательность фазовых различий, Лахе и Миндлин построили математическую модель того участка мозга, где впервые обнаруживаются фазовые различия это область так называемого архистриатума. Модель состоит из 3 групп, каждая из которых содержит несколько клеток. Каждая группа получает электрический импульс из высших отделов мозга. Одна группа возбуждает нервные клетки, связанные с мышцами сиринкса, а вторая активирует легкие. Циклическое поведение возникает оттого, что первые две группы также стимулируют третью группу, чьи электрические сигналы в свою очередь подавляют две первые. Когда возбудительные группы подвергаются подавляющему воздействию, исчезает стимул для самой подавляющей группы, таким образом первые две группы клеток могут возбудиться только через какое-то время. Манипулируя специфической последовательностью электрических импульсов на физической модели певческого аппарата птиц, аргентинские ученые воспроизвели 3 из 4 мотивов воробьиного щебетания. "Это прекрасный пример сложности, возникшей из простоты, полученный благодаря нелинейной динамике" - говорит физиолог из Калифорнийского Университета в Лос-Анджелесе (University of California , Los Angeles) Данте Чалво (Dante Chialvo). "Модель имеет "правильную нейрональную основу" - отмечает биолог, т.е. она основана на экспериментах, а не подгоняется под теорию. Миндлин планирует добавить к ней участки мозга, связанные с обучением, и создать таким образом виртуальную модель птичьего мозга.