Ученые узнали, что мотивирует птенцов учиться петь

Вот уже четыре десятилетия нейробиолог Ричард Муни изучает птичье пение — и кажется, уже собаку съел на этом. Он точно знает: это мастерство непростое, и ни одна из птиц не рождается с умением сразу выводить витиеватые мелизмы — на обучение требуется время.

И целеустремленность, добавляет Муни: «Усилия, которые молодая птица прилагает для достижения вокального мастерства, огромны. Им требуется около месяца упорных ежедневных занятий, до 10 000 исполнений в день».

Час за часом, день за днем пернатые упорно тренируются, даже когда их никто не слушает. Чтобы понять, что ими движет, Муни принес в свою лабораторию юных зебровых амадин и посадил в отдельные звукоизолированные комнаты, чтобы они могли практиковаться в пении по своему желанию. С подробностями экспериментов можно ознакомиться на страницах журнала Nature.

У зебровых амадин поют только самцы. Они учат свою брачную песню в раннем возрасте, сначала внимательно слушая отца и запоминая его трели. Затем, подобно младенцам, которые только учатся говорить, начинают лепетать, и их писк постепенно становится более мелодичным. Тренируясь и слушая себя, они постепенно осваивают правильные ноты и ритмы, чтобы соответствовать отцовскому вокалу.

Птенцу зебровой амадины требуется около трех месяцев с момента вылупления, чтобы стать умелым певцом.

Муни, давний поклонник рок-н-ролла, сравнил это упорство с одержимостью The Beatles. «“Битлз” могли сделать сотню дублей», прежде чем оставались довольны — так и у птиц накапливается гигантское количества материала, говорит исследователь.

Для его обработки применили алгоритмы машинного обучения. «Мы можем отслеживать процесс обучения в режиме реального времени», — поделился нейробиолог Джон Пирсон.

По его словам, некоторые попытки были чуть лучше, другие — чуть хуже, но в целом, чем дольше птицы тренировались, тем лучше у них получалось.

Пока птицы постепенно осваивали свои мелодии, их мозговую активность мониторили методами оптогенетики, благодаря которым генетически модифицированные белки светятся при высвобождении определенных нейрохимических веществ. На сей раз их настроили на дофамин — важный нейромедиатор, передающий сигналы об обучении, вознаграждении и мотивации от одного нейрона к другому.

Каждый раз, когда птица тренировалась, уровень дофамина в ее базальных ганглиях начинал расти. Неважно, попадала ли она во все ноты или промахивалась. Другими словами, любая попытка пения активировала сигналы в системе вознаграждения мозга.

Уровень дофамина резко повышался в случае результатов, превосходящих типичные для возраста пернатого вокалиста, и был немного ниже, если они оставляли желать лучшего.

Роль дофамина в обучении людей и животных с помощью внешних вознаграждений и наказаний давно известна. Школьник учится, потому что хочет получить хорошую оценку или избежать нагоняя, крыса старательно жмет на рычаг, чтобы заслужить угощение.

Но птицам, чтобы научиться петь, не нужен ни кнут, ни пряник. Поскольку во время своих репетиций они щебетали в одиночестве, то не получали внешней обратной связи о своих успехах. «Никто не скажет птаху, отличник он или его ждет наказание», — объясняет Муни.

Таким образом, дофамин действует как внутренний «компас», направляющий птичье обучение.

И не только он: выяснилось, что свой вклад в этот процесс вносит еще один нейромедиатор — ацетилхолин. Он связывается с другой частью нейронов, давая птице дополнительный импульс дофамина, когда она исполняет свою песню.

Наблюдения проверили, дав пернатым препараты, блокирующие сигналы дофамина или ацетилхолина в базальных ганглиях. «Обучение фактически останавливается, — отмечает Муни. — Птица продолжает много петь, но, похоже, не может извлекать из этого уроки».

По его словам, открытие выходит далеко за пределы птичьих мозгов. Понимание нейромеханизмов обучения поможет лучше разобраться, как люди осваивают разные моторные навыки, такие как речь, жонглирование или игра на музыкальном инструменте. В этом смысле «обучение птиц пению очень похоже на то, что делают дети, спонтанно обретая эти замечательные навыки», заключил нейробиолог.