Zebra Finches visează un mic vis al melodiei

Finch-urile cu zebră sunt atât de bune la cântat, încât ar putea să o facă în somn. Și, potrivit oamenilor de știință, ei fac totul, dar: pe măsură ce se năpustesc, zebra finches trage în foc regiunile creierului și își vibrează corzile vocale în moduri care imită o luptă trează.

Continut Asemanator

• Învățarea somnului a fost un mit, dar puteți întări amintirile în timp ce sunteți
• Acesta este creierul tău pe melodia ta preferată

În ultimele două decenii, oamenii de știință au descoperit că somnul este o parte critică a repertoriului de învățare a cântecelor cu zebra. Finches nu se nasc arii de centură; în schimb, își învață cântecele în adolescență, exersând și tincând sub supravegherea unui tutor adult. Tutorul va răzbuna cu răbdare pentru studenții săi, care vor rosti apoi propriile lor vocalizări. Ascultarea propriilor voci pare a fi un element crucial pentru micile finisaje zebră, în timp ce testează notele și silabele.

Cu siguranță, practica este perfectă - dar și mai crucială? O noapte bună de somn.

După o zi grea la școală, fiecare țesătură zebră se îndreaptă spre pat cu muzică în minte - atât de mult încât creierul său va pâlpâi în și din aceleași tipare care apar în timpul sesiunilor de practică zilnică. Corzile sale vocale vibrează și ele, dar nu produc niciun sunet: Păsările nu împing aer suficient prin gât pentru a genera zgomot audibil.

Cercetătorii consideră că păsările visează, de fapt, la cântec - mai mult sincronizarea buzelor de somn decât cântarea somnului. Acest lucru poate avea foarte multe legături cu cristalizarea și remodelarea materialului învățat de la profesorii lor - un fenomen comparabil cu amânarea oamenilor care împachetează amintiri și informații în stocare pe termen lung. Dimineața, ciupercile se trezesc groaznice și dezorientate, bâlbâind puțin mai coerent decât ziua precedentă - dar pe măsură ce timpul progresează, melodiile lor se îmbunătățesc.

Oamenii de știință consideră că studierea modului în care păsările folosesc somnul pentru a-și învăța cântecele ne poate ajuta să înțelegem procesul misterios de dobândire a limbajului uman. La fel ca vorbirea umană, melodiile de păsări sunt complexe și complexe și chiar activează căile și mușchii creierului foarte asemănătoare cu cele la oameni.

Însă studierea peisajului de vis al unei pene de zebră care se înnebunește nu este un lucru ușor: nu este ca și cum putem înnoi păsările trează și să întrebăm. Pentru a înțelege mai bine funcționarea interioară a acestor păsări somnolente, grupul de cercetare al lui Gabriel Mindlin de la Universitatea din Buenos Aires a decis să se deplaseze cu un pas mai departe în lanțul de comandă muzicală. Creierul controlează comportamentul, dar există un mijlocitor musculos între cei doi. Pentru a traduce modelul din creier într-o serenadă plină de suflare, organul vocal al unei păsări trebuie să îndeplinească mai întâi ordinele de marș. Împreună cu colegii săi, Mindlin, un profesor de biofizică care studiază mecanica păsărilor, a conceput un sistem care să măsoare direct activitatea mușchilor implicați.

În lucrările anterioare, echipa sa de cercetare, în parteneriat cu oamenii de știință de la Universitatea din Utah, a constatat că pinioanele zebra își mișcă mușchii vocali în sincronizare cu activitatea asemănătoare cântecului în creier, ceea ce indică faptul că citirea mușchilor ar putea fi un proxy bun pentru a arunca o privire. în reverile melodice ale păsărilor.

„Acum, în loc să ne uităm la o celulă [creier] la un moment dat, putem vedea ieșirea întregului sistem, iar acest lucru este foarte interesant”, spune Daniel Margoliash, profesor de neurobiologie la Universitatea din Chicago, care a studiat păsările pentru mai mult trei decenii. Margoliash a colaborat anterior cu grupul lui Mindlin, dar nu a fost implicată în aceste studii.

De asemenea, studiul a descoperit că somnul nu a fost doar un moment de repetiție, dar poate oferi și păsărilor o șansă de a improviza în liniște noi melodii. Mușchii vocali ai păsărilor par să meargă ușor pe fritz noaptea, compunând cântece silențioase care nu se potrivesc cu scenariile din timpul zilei. Această nouă cercetare a fost capabilă să surprindă variațiile pe care studiile anterioare ale creierului nu le-au putut, și sugerează că mintea muzicală meandrează atunci când zebra se termină din cap.

Pentru Mindlin, acest lucru a fost uriaș. „Acum avem un model care nu are nevoie de creier”, spune el.

Săptămâna trecută, în două noi studii, grupul Mindlin se extinde pe cercetările lor. Ambele studii se concentrează asupra modului în care oamenii de știință studiază mușchii vocali ai finilor, în speranța de a debloca mai multe secrete ale creierului de păsări în slăbire.

În primul rând, oamenii de știință conduși de Juan Doppler, un fizician care lucrează sub supravegherea lui Mindlin, au dorit să faciliteze studiul mușchilor păsărilor. Concentrarea asupra mușchilor poate fi o modalitate mai directă de a capta mecanica serenadelor de amânare - dar totuși nu este ușoară. Finch-urile pentru adulți trebuie să fie supuse unei intervenții chirurgicale pentru a permite oamenilor de știință să atașeze electrozi la mușchi multipli.

Cu toate acestea, deși se înțelege că acești mușchi controlează direct aspectele individuale ale producției de cântece - de exemplu, tonul sunetului produs - trebuie să lucreze împreună. Mai multe sunt legate fizic, inclusiv un mușchi deosebit de important numit ventralis syringealis, despre care se știe că controlează frecvența unei melodii.

Echipa a descoperit că măsurarea activității ventralisului seringii singură ar putea capta în mod fiabil dinamica baladelor cu păsări aproape la fel de exact ca vechea tehnică de măsurare a mușchilor multipli. Așa cum era de așteptat, activitatea mușchiului conținea informații despre frecvență, dar putea prezice de asemenea când au început motivele muzicale și s-au oprit cu o precizie de peste 70 la sută.

„Ne îndepărtăm de concentrarea completă asupra creierului și a neuronilor și, de asemenea, acordând atenție biomecanicii, unde informațiile sistemului nervos sunt procesate”, spune Doppler. „Aceasta este o idee puternică. În unele cazuri, examinarea biomecanicii vă poate oferi perspective care nu sunt atât de clare în sistemul nervos. ”

Cu sistemul mai simplu al lui Doppler, descris în jurnalul Chaos, cercetătorii pot studia mai ușor cântecele de vis ale păsărilor; mai mult, înțelegerea mecanicii acestui mușchi puternic poate informa, de asemenea, modul în care sistemul vocal funcționează ca o unitate funcțională.

„Trăsăturile mușchiului sângerează cu adevărat”, spune Katherine Tschida, neurobiolog la Universitatea Duke, care a studiat învățarea cântecelor în cearșafuri. „Puteți obține o citire de la un singur mușchi [pe] o mulțime de caracteristici diferite, în ciuda faptului că mușchiul nu este în primul rând conducătorul funcțional al sistemului.” Tschida, care nu a fost implicat în lucrare, a lăudat și el studiu pentru metodologia „de înaltă calitate”.

În cel de-al doilea studiu, o echipă condusă de Alan Bush, de asemenea fizician în grupul lui Mindlin, a descoperit că ar putea manipula păsările în a-și flexa mușchii vocali, jucându-le versiuni ale propriilor cântece în timp ce dormeau - o formă de hipnoză armonică. Bush era dornic să studieze tiparele modului în care mușchii trăgeau de fapt în somn. Pentru el, organul vocal nu este doar o marionetă care realizează setul de instrucțiuni principale ale creierului - ci mai degrabă, este o legătură creativă între creier și comportament, care poate adăuga propriile clopote și fluiere la produsul final. „O mare parte din complexitatea sistemului provine de fapt de la periferie, unde sunt mușchii”, explică el.

Bush și colegii săi au descoperit că atunci când mușchii sunt coaxați în activitate, se comportă într-o manieră totală sau nimic. Când s-au jucat fragmente din care au trilat melodii, mușchii păsărilor s-ar răsuci. Chiar și versiunile sintetice ale acestor melodii, remixate în laborator, pot provoca uneori răspunsuri ale organelor vocale. Adesea, mușchii erau nemișcați, dar atunci când erau îndepărtați în flexie, aveau să efectueze secvența de tragere completă a unei vocalizări.

Oamenii de știință spun că aceste cunoștințe deschid noi modalități de a studia modul în care musculatura muzicală este stimulată în acțiune.

Datorită invazivității intervenției chirurgicale, Mindlin și echipa sa nu au reușit să testeze decât răspunsurile musculare ale cearșafurilor adulte. Cu toate acestea, experimentele viitoare cu o tehnologie mai avansată pot arunca lumină asupra stărilor de vis ale păsărilor tinere. Astfel de descoperiri ar putea corobora cercetările anterioare cu privire la modul în care adolescența zebră finisează jucăria cu învățăturile tutorelui lor și să adauge propriile atingeri personale în timpul somnului. Dar ce scop ar putea servi acest lucru la adulți, care și-au stăpânit deja melodiile?

Margoliash crede că este vorba despre menținerea expertizei. „Dacă doriți să atingeți un nivel foarte ridicat de precizie, trebuie să lucrați pentru a ajunge acolo și să exersați să rămâneți acolo”, explică el. „Finele de zebră - și oamenii - trebuie să exerseze pentru a menține calitatea performanței pe care o obținem.”

Într-o zi, cu forțele combinate ale neuroștiinței și biofizicii, oamenii de știință ar putea de fapt să poată face o scufundare mai profundă în cântecele de slumber. Tehnologia nu a prins destul de mult sarcina, dar devine din ce în ce mai puternică cu fiecare zi care trece. Pana atunci? Viseaza.