Как сообщается 24 июня в PLOS ONE, эти структуры мозга остались нераспознанными в исследованиях, опубликованных за последние 34 года. Результаты также могут пролить свет на нейронные механизмы человеческой речи.«Это открытие открывает широкие возможности для исследований на попугаях в попытке понять, как попугаи обрабатывают информацию, необходимую для копирования новых звуков, и каковы механизмы, лежащие в основе имитации звуков человеческой речи», — сказал Мукта Чакраборти, доктор наук. исследователь в лаборатории Эриха Джарвиса, доцента нейробиологии в Duke и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза.
Попугаи — одно из немногих животных, которые считаются «обучающимися вокалу», то есть они могут имитировать звуки. Исследователи пытались выяснить, почему одни виды птиц лучше имитируют, чем другие. Однако, помимо различий в размерах отдельных областей мозга, никаких других возможных объяснений не появилось.
Изучая паттерны экспрессии генов, новое исследование показало, что мозг попугая устроен иначе, чем мозг певчих птиц и колибри, которые также демонстрируют способность к вокалу. В дополнение к определенным центрам в мозгу, которые контролируют обучение вокалу, называемым «ядрами», у попугаев есть то, что ученые называют «раковинами», или внешними кольцами, которые также участвуют в обучении вокалу.
Группа обнаружила, что раковины относительно больше у видов попугаев, которые хорошо известны своей способностью имитировать человеческую речь.До сих пор волнистый попугай (обыкновенный попугай) был единственным видом попугаев, мозг которого исследовали на предмет механизмов обучения вокалу.
В эту команду вошли исследователи из Дании и Нидерландов, которые пожертвовали драгоценную ткань мозга для исследования. Они охарактеризовали мозг восьми видов попугаев, помимо волнистого попугая, в том числе конур, корелл, неразлучников, двух видов попугаев Амазонки, синего и золотого ара, кеа и африканского серого попугая.Исследователи искали определенные генные маркеры, которые, как известно, обладают особой активностью в мозге людей и птиц, разучивающих песни.Они сравнили полученные паттерны экспрессии генов во всех головах попугаев с экспериментами по отслеживанию нейронов у волнистых попугаев.
Даже самый древний из изученных ими видов попугаев, остров Кеа в Новой Зеландии, имеет структуру раковины, хотя и рудиментарную. Это говорит о том, что популяции нейронов в оболочках, вероятно, возникли по крайней мере 29 миллионов лет назад.Ранее некоторые ученые предполагали, что области, окружающие ядра, не имеют ничего общего с обучением вокалу. В исследовании 2000 года Джарвис и Клаудио Мелло из Oregon Health Научный университет пришел к выводу, что ядро ??и оболочка на самом деле были одной большой структурой.
Эти разные взгляды вызвали путаницу в отношении размеров областей мозга, важных для обучения вокалу. Джарвис объединился со Стивеном Браутом из Университета Мэриленда и его бывшим научным сотрудником Сарой Дюранд, чтобы помочь разрешить эту путаницу.«Первое, что меня удивило, когда мы с Муктой смотрели на новые результаты, это:« Вау, как я скучал по этому все эти годы? Как все остальные пропустили это все эти годы? » — сказал Джарвис, который также является членом Duke Institute for Brain Sciences. «Для меня сюрпризом стала человеческая психология и то, что мы ищем, и насколько мы предвзято относимся к тому, что ищем.
Как только вы это увидите, это очевидно. У меня есть срезы мозга, сделанные 15 лет назад, и теперь я их вижу ».Новые результаты подтверждают гипотезу группы о том, что у людей и других разучивающих песни животных способность имитировать возникла в результате дублирования мозговых путей. Как могло произойти такое копирование и вставка, до сих пор неизвестно.
«Как вы можете получить зеркальную систему песен, окружающую другую?» — спрашивает Джарвис. «У каждого (центра обучения вокалу) есть ядро ??и раковина попугая, что говорит о том, что весь путь был продублирован».Большинство областей мозга птицы, обучающихся вокалу, расположены в областях, которые также контролируют движение.
Эти области у попугаев также демонстрируют некоторые особые паттерны экспрессии генов, которые, по мнению ученых, могут объяснить, почему некоторые попугаи также могут научиться танцевать под музыку.«Для обработки слуховой информации и создания движений, необходимых для имитации звуков другого вида, требуется значительная мощность мозга», — сказал Чакраборти. «Вопрос в том, насколько специализированы эти мозги попугаев и в чем их особенности? Это просто избранная группа специализированных генов или это какие-то особые прогнозы, которые мы еще не обнаружили? »Ученые особенно интересуются, дают ли панцири попугаям большую способность имитировать человеческую речь.«Если это правда, то мы ответили на большой вопрос в нашей области, который люди хотели знать уже много лет», — сказал Джарвис.
Это открытие является частью гораздо более масштабных международных усилий по секвенированию полных геномов всех 10 000 видов птиц в ближайшие пять лет под названием Bird 10K Project.