Исследователи из MIT обнаружили «цепную реакцию» в мозге певчей птицы зебровой амадины, обеспечивающую правильную временную последовательность звуков в песне.

Песня зебровой амадины (нарядного родственника наших воробьев) очень стереотипна. Она длится около секунды и состоит из повторяющихся музыкальных «слогов», временная последовательность и длительность которых почти не меняется от одного исполнения к другому.

Это замечательная модель для изучения того, как мозг контролирует действия", говорит Майкл Фи (Michale Fee), главный автор исследования.

Рис. 1. Зебровые амадины – один из любимых объектов ученых, исследующих нервные механизмы пения.

Структуры мозга, вовлеченные в воспроизведение песни, были уже идентифицированы ранее. Фи и его коллеги в своих предыдущих работах показали, что темп песни контролируется областью мозга, известной как HVC. Охлаждение этой области мозга приводит к замедлению темпа песни, при неизменном «нотном» составе – как если в музыкальной шкатулке медленнее крутить ручку. Во время песни отдельные нейроны из области HVC возбуждаются в разные моменты времени, передавая инструкции о необходимом сейчас звуке в вокальные органы птицы. Таким образом, можно сопоставить звукам песни отдельные клетки. Но чем обеспечивается правильная временная последовательность возбуждения таких нейронов?

Одной из гипотез является модель цепной реакции, согласно которой возбуждение одной клетки вызывает дальнейшую активацию следующей по цепочке, подобно тому как заваливаются выстроенные в ряд домино.

Для проведения исследований команда ученых установила внутриклеточные электроды на голове птицы, при этом сохранив возможность для нее свободно перемещаться в естественной среде и петь по своему желанию. Запись активности отдельных нейронов из области HVC поддерживает модель цепной реакции. Клетка находится в неактивном состоянии, а затем в нужный момент времени резко приходит в возбужденное состояние, посылая короткий залп сигналов, и снова «замолкает». Причиной подобных залпов, как выяснилось, является резкое поступление в клетку кальция через специализированные мембранные каналы. А причиной открытия этих каналов ученые считают активность клетки, отвечающей за предыдущий музыкальный звук. Также было показано, что временная последовательность и продолжительность всплесков активности в клетках HVC слабо подвержена нарушениям при небольших электрических возмущениях, которые исследователи вызывали при помощи электродов. Подобная устойчивость является важной.

Если один нейрон допустит ошибку по времени и продолжительности своего активного состояния, каждый последующий нейрон тоже будет возбужден не вовремя. Это будет похоже на музыканта, у которого нет чувства ритма", – говорит один из соавторов работы, Майкл Лонг (Michael Long).

Рис. 2. Спектрограмма песни зебровой амадины.

Результаты исследования авторы опубликовали сегодня в Nature.

По материалам: