На первый взгляд может показаться, что птенец зебровой амадины издает беспорядочный набор звуков, однако за этим скрывается сложнейший процесс. Исследователи из Медицинской школы Университета Дьюка (США) обнаружили, что механизмы, с помощью которых птицы осваивают свои песни, практически идентичны тем, что используют люди для изучения речи, игры на музыкальных инструментах или танцев. В основе этого открытия лежит работа синапсов — особых соединений между клетками мозга в области базальных ядер. Даже спустя сотни миллионов лет эволюции природа сохранила единый алгоритм освоения сложных навыков. Исследование опубликовали в журнале Nature.  Ранее ученые выяснили, почему самки птиц тоже поют.

Секрет идеального ученика

Чтобы в точности повторить мелодию наставника, молодая птица практикуется тысячи раз в день на протяжении месяца, совершая в общей сложности сотни тысяч попыток. Удивительно, что птенцы обучаются без внешних поощрений — они сами оценивают свои результаты, сравнивая собственное пение с памятью о песне взрослой птицы. 

Мозг амадины размером не больше обычной скрепки, но он содержит миллиарды связей, которые позволяют птице постепенно превращать бессвязный лепет в отточенную композицию, подобно тому как человеческий ребенок учится произносить первые слова.

ИИ на службе нейробиологии

Чтобы понять, в какой именно точке мозга происходит прогресс, ученые применили современные технологии. Они обучили искусственный интеллект анализировать каждую версию песни, определяя, насколько исполнение приблизилось к финалу. 

Соединив эти данные с оптогенетикой — методом управления клетками мозга с помощью света, — исследователи смогли на время отключать определенные синапсы в базальных ядрах. Выяснилось, что при подавлении активности этих зон пение птиц мгновенно становилось примитивным. Это позволило точно установить место в мозге, которое отвечает за хранение и развитие вокального мастерства.

Баланс между творчеством и точностью

Исследование выявило тонкий механизм компромисса в процессе обучения. На ранних этапах птицам необходима свобода для экспериментов и совершения ошибок — именно эта вариативность позволяет им находить нужные звуки. Однако со временем мозг должен обуздать эту свободу, чтобы закрепить стабильный и точный результат. 

Ученые обнаружили, что если искусственно ускорить работу мозга, птицы учатся быстрее, но их песни становятся менее похожими на оригинал. Этот поиск баланса между пробой нового и сохранением достигнутого успеха важен не только для птиц, но и для людей, будь то профессиональный пианист или спортсмен, оттачивающий бросок.

Как пение птиц помогает лечению болезней

Понимание работы базальных ядер имеет большое значение для медицины. Эти же нейронные цепи у людей отвечают за двигательные функции и координацию, и именно в них происходят сбои при таких заболеваниях, как болезнь Паркинсона или синдром Туретта. 

Изучая, как птицы в норме осваивают сложные движения и звуки, нейробиологи получают ключ к разгадке того, почему при некоторых неврологических расстройствах механизмы обучения и пластичности мозга выходят из строя. Таким образом, маленькая певчая птица помогает ученым искать пути к лечению серьезных нарушений речи и моторики у человека.