Zebra finches jsou tak dobré na zpěv, mohli to udělat ve spánku. A podle vědců dělají všechno kromě: Když spí, zebří pěnkavy ohřívají mozkové oblasti a vibrují jejich hlasivky tak, že napodobují bzučivý boj.
Související obsah
- Učení spánku bylo mýtus, ale při odkládání byste mohli posílit vzpomínky
- To je váš mozek na vaší oblíbené písni
V uplynulých dvou desetiletích vědci zjistili, že spánek je kritickou součástí repertoáru výuky písní zebra finch. Pěnkavy se nenarodily jako áriové árie; místo toho se učí své písně v adolescenci, cvičí a dirigují pod dohledem dospělého lektora. Doučovatel bude trpělivě bojovat za své studenty, kteří pak budou vyslovovat své vlastní předběžné vokalizace. Slyšení jejich vlastních hlasů se zdá být klíčovým prvkem pro malé zebra finches, když testují noty a slabiky pro sebe.
Určitě je praxe dokonalá - ale ještě důležitější? Dobrou noc spát.
Po náročném dni ve škole, každá zebra finch zamíří do postele s hudbou na mysli - natolik, že jeho mozek bude blikat dovnitř a ven ze stejných vzorců, které se vyskytují během denních tréninkových lekcí. Vokální šňůry také vibrují, ale nevydávají žádný zvuk: Ptáci netlačí dostatek vzduchu přes jejich hrdla, aby generovali slyšitelný hluk.
Vědci se domnívají, že ptáci ve skutečnosti sní o písni - více spící synchronizace rtů než spánek. To může mít hodně společného s krystalizací a přetvářením materiálů získaných od jejich lektorů - jev srovnatelný s odkládáním paměti a informací lidí do dlouhodobého skladování. V dopoledních hodinách se pěnkavy probudí a jsou dezorientované, blábolící o něco méně soudržněji než předchozí den - ale s postupem času se jejich písničky zlepšují.
Vědci se domnívají, že studium toho, jak ptáci využívají spánek k učení svých písní, nám může pomoci pochopit tajemný proces osvojování lidského jazyka. Stejně jako lidská řeč jsou melodie ptáků spletité a složité a dokonce aktivují mozkové dráhy a svaly velmi podobné těm u lidí.
"Měl jsem tento bláznivý sen včera v noci, ale zapomněl jsem to napsat." (Flickr / Cathy) Studium snové krajiny spícího zebříčka není snadné: Není to jako bychom mohli ptáky probudit a zeptat se. Abychom lépe pochopili vnitřní fungování těchto ospalých ptáků, rozhodla se výzkumná skupina Gabriel Mindlin na University of Buenos Aires o krok dále v řetězci hudebních příkazů. Mozky ovládají chování, ale mezi nimi je svalnatý prostředník. K převedení vzoru v mozku na plně foukanou serenádu musí ptačí hlasový orgán nejprve provést pochodové příkazy. Spolu s jeho kolegy, Mindlin, profesor biofyziky, který studuje mechaniku ptáků, navrhl systém pro přímé měření aktivity zapojených svalů.
V předchozí práci jeho výzkumný tým ve spolupráci s vědci z University of Utah zjistil, že zebra finches pohybuje jejich vokální svaly v synchronizaci s písňovou činností v mozku, což naznačuje, že odečet svalů může být dobrým zástupcem pro prohlížení do melodických úpěn ptáků.
"Nyní místo toho, abychom se dívali na jednu [mozkovou] buňku najednou, můžeme vidět výstup celého systému, a to je velmi vzrušující, " říká Daniel Margoliash, profesor neurobiologie na University of Chicago, který studoval ptáky už déle tři desetiletí. Margoliash již dříve spolupracoval se skupinou Mindlin, ale do těchto studií se nezúčastnil.
Studie také zjistila, že spánek nebyl jen čas na zkoušku - může také dát ptákům šanci tiše improvizovat nové melodie. Zdá se, že vokální svaly ptáků v noci mírně přecházejí k šílenství a vytvářejí tiché písně, které se nepřilepí na denní skripty. Tento nový výzkum dokázal zachytit rozdíly, které předchozí studie mozku nemohly, a naznačuje, že hudební mysl meandruje, když zebra finches přikývne.
Pro Mindlina to bylo obrovské. "Nyní máme model, který nepotřebuje mozek, " říká.
Minulý týden, ve dvou nových studiích, Mindlinova skupina rozšiřuje svůj výzkum. Obě studie se zaměřují na způsob, jakým vědci studují vokální svaly pěnkav v naději, že odemknou další tajemství spícího ptáka.
Nejprve chtěli vědci vedeni Juanem Dopplerem, fyzikem pod Mindlinovým dohledem, usnadnit studium svalů ptáků. Zaměření na svaly může být přímějším způsobem, jak zachytit mechaniku serenád snoozingu - ale stále to není snadné. Dospělé zebra finches musí podstoupit chirurgický zákrok, který vědcům umožní připojit elektrody k více svalům.
Přestože jsou tyto svaly chápány tak, že přímo ovládají jednotlivé aspekty produkce písní - například rozteč produkovaného zvuku - musí také spolupracovat. Některé z nich jsou fyzicky propojeny, včetně jednoho zvláště důležitého svalu zvaného syringealis ventralis, o kterém je známo, že řídí frekvenci písně.
Tým zjistil, že měření aktivity samotné injekční stříkačky může spolehlivě zachytit dynamiku balad ptáků téměř stejně přesně jako stará technika měření více svalů. Jak se očekávalo, aktivita svalů obsahovala informace o frekvenci, ale mohla také předvídat, kdy se hudební motivy začaly a zastavovaly s přesností přes 70 procent.
"Odcházíme od úplného zaměření na mozek a neurony a také na pozornost biomechaniky, kde jsou zpracovávány informace o nervovém systému, " říká Doppler. "To je mocný nápad." V některých případech vám pohled na biomechaniku poskytne informace, které nejsou v nervovém systému tak jasné. “
Díky Dopplerovu jednoduššímu systému, popsanému v časopise Chaos, mohou vědci snadněji studovat snové písně ptáků; A co víc, pochopení mechaniky tohoto mocného svalu může také informovat, jak hlasový systém funguje jako funkční jednotka.
"Rysy svalu skutečně krvácí, " říká Katherine Tschida, neurobiologistka na Duke University, která studovala učení písní v zebrových finchách. "Od jediného svalu můžete získat odečet mnoha různých funkcí, přestože sval není primárně funkčním ovladačem systému." Tschida, který se práce nezúčastnil, také ocenil studovat metodologii „vysoké kvality“.
Tento graf ukazuje aktivaci injekčních svalů ve finči během zpěvu (nahoře) a v noci (šedá, dole). (Young a kol., V PeerJ (2017)) Ve druhé studii tým vedený Alanem Bushem, fyzikem z Mindlinovy skupiny, zjistil, že by mohli manipulovat s ptáky, aby si ohýbali své hlasité svaly tím, že si během spánku hráli verze svých vlastních písní - forma harmonické hypnózy. Bush byl dychtivý studovat vzorce toho, jak svaly skutečně střílely ve spánku. Vokální orgán pro něj není jen loutkou, která provádí mozkovou sadu mistrovských pokynů - je to spíše kreativní spojení mezi mozkem a chováním, které může přidat finální produkt jeho vlastní zvonky a píšťalky. "Spousta složitosti systému skutečně pochází z periferie, kde jsou svaly, " vysvětluje.
Bush a jeho kolegové zjistili, že když jsou svaly přivedeny do činnosti, chovají se úplně nebo vůbec. Při hraní úryvků, které vyřezávají melodie, by se svaly ptáků spolehlivě škubaly. I syntetické verze těchto písní, remixované v laboratoři, by někdy mohly vyvolat reakce hlasových orgánů. Svaly byly často stále - ale když se dostaly do ohýbání, provedly kompletní palebnou sekvenci vokalizace.
Vědci tvrdí, že tyto znalosti otevírají nové způsoby, jak studovat, jak se hudební muskulatura podněcuje k akci.
Díky invazivnosti operace Mindlin a jeho tým dokázali otestovat svalové reakce dospělých zebříků. Budoucí experimenty s pokročilejší technologií však mohou osvětlit vysněné stavy mladých ptáků. Taková zjištění by mohla potvrdit předchozí výzkum o tom, jak dospívající zebra dotváří hračku podle výuky svého učitele a přidává své osobní doteky během spánku. Jakému účelu by to však mohlo sloužit u dospělých, kteří již zvládli své melodie?
Margoliash si myslí, že jde o udržování odborných znalostí. "Pokud chcete dosáhnout velmi vysoké úrovně přesnosti, musíte pracovat, abyste se tam dostali, a cvičte, abyste tam zůstali, " vysvětluje. "Zebra finches - a lidé - musí trénovat, aby udrželi kvalitu výkonu, kterého dosahujeme."
Jednoho dne, s kombinovanými silami neurovědy a biofyziky, mohou vědci vlastně být schopni hlouběji se ponořit do písní spánku. Technologie tento úkol zcela nezachytila - ale každým dnem se stává výkonnějším. Do té doby? Snít.
