Различные виды птиц способны имитировать человеческую речь. Некоторые певчие птицы, врановые и попугаи также издают вокализации, с помощью которых они общаются. Но как им это удается и делают ли они это подобно людям, оставалось загадкой. Исследование с участием волнистых попугайчиков, опубликованное в журнале Nature, проливает свет на этот вопрос: у птиц есть ряд нейронов, специально предназначенных для активации их голосового органа. Некоторые из них настолько специфичны, что отвечают за интонирование песни или воспроизведение более или менее высоких звуков. Они делают это с помощью другой части своего мозга, но в остальном механизм тот же, что и у человека.

«Попугаи, такие как австралийские волнистые попугайчики, представленные в этом исследовании, отличаются невероятными вокальными способностями. Они могут имитировать различные звуки окружающей среды, включая речь», — говорит Майкл Лонг, старший автор исследования и преподаватель. «Мы обнаружили, что в части мозга, аналогичной ключевому центру производства речи у людей, существует представление вокальных звуков. Это первый вид, не относящийся к человеку, у которого наблюдается такая вокальная моторная карта», — добавляет доктор Лонг.

Их открытие идет еще дальше: с помощью спектрального анализа они обнаружили корреляцию между типом вокализации и паттерном мозговой активности. Так, трель с определенным тоном, более или менее высоким, сопровождалась срабатыванием одних нейронов, но не других. У людей часть моторной коры, отвечающая за речь, кодирует тон, частоту вокализации. У волнистых попугайчиков эта часть мозга модулирует тон благодаря контролю напряжения стенок сиринкса (голосового аппарата птиц). По словам Цзэтянь Яна, первого автора исследования, существует корреляция между типом звука, издаваемого волнистым попугайчиком, и типом активируемых нейронов. Отвечая на вопрос о других видах, родственных волнистым попугайчикам, Ян признает, что исследований не проводилось, но считает, что «попугаи со схожими вокальными способностями могут иметь ту же нейронную организацию».

Люди могут говорить, петь, кричать или шептать благодаря ряду нейронов в моторной области коры головного мозга, которые протягивают свои окончания в ствол мозга — настоящую магистраль, соединяющую мозг со спинным мозгом и всей остальной нервной системой. Здесь эти окончания достигают ядра, отвечающего за управление мускулатурой рта, глотки и, что нас здесь интересует, гортани — человеческого голосового органа. Анатомия мозга птиц отличается, как и вокальная. У них нет голосовых связок, они издают свои песни с помощью сиринкса и вибраций его стенок. Но исследования с участием волнистых попугайчиков, неспособных к трелям, показали, что их способность к вокализации находится в гомологе коры головного мозга млекопитающих, называемом передним ядром аркопаллиума (AAC). Здесь его электрическая стимуляция иннервировала сиринкс, возвращая им способность петь.

Основываясь на этом, неврологи поместили крошечные имплантаты в головы нескольких волнистых попугайчиков. Они записали более тысячи трелей и десятки вызовов от четырех самцов в ходе различных сессий. Таким образом, они увидели, как активируются определенные нейроны AAC и как их окончания достигают сиринкса через ствол мозга. Чтобы подтвердить, что источником этой активности не является что-то другое, они также записывали ее, слушая трели других особей или в моменты тишины. Они также увидели, как они повторно использовали одни и те же нейронные ансамбли при воспроизведении очень похожих звуков.

Джошуа Нойнубель, нейробиолог , написал комментарий, также в Nature, о значении исследования этих волнистых попугайчиков. Во-первых, он напоминает о различиях между разными видами: «Люди обладают непревзойденной вокальной гибкостью для речи, попугаи преуспевают в имитации, а зебровые амадины [используемые в качестве контрольной группы в исследовании] издают стереотипные песни с фиксированными слогами». Тем не менее, он останавливается на том, что у них общего. Несмотря на анатомические различия, «фундаментальная нейронная организация от переднего мозга, через ствол мозга, к голосовому органу сохраняется, демонстрируя, как сходные архитектуры адаптировались в ходе эволюции для создания уникального вокального поведения».

Понимание человеческой речи

Идея эволюционной конвергенции с разных точек зрения была продемонстрирована недавней публикацией нескольких работ о мозге млекопитающих, птиц и рептилий. Фернандо Гарсия Морено, исследователь и главный автор двух из этих исследований, подчеркивает этот процесс: «Попугаи могут имитировать нашу манеру речи, но их мозг контролирует вокализацию с помощью частей мозга, отличных от человеческих. В то время как люди используют неокортекс, волнистые попугайчики делают это с помощью переднего ядра аркопаллиума, области, эволюционно связанной с миндалевидным телом человеческого мозга».

Гарсия Морено поражает сходство вокальных цепей, несмотря на то, что главные действующие лица мозга различны. Его работы, опубликованные в Science, показали, что нейроны и цепи в иерархически высоких областях мозга эволюционировали независимо у млекопитающих и птиц, но сходились в схожих функциях. Это исследование, добавляет он, «показывает, что даже при независимой эволюции физиология речи очень похожа в обеих группах видов, поэтому биологическую основу речи можно понять одинаково у волнистых попугайчиков и людей». «Изучение этих маленьких попугаев может помочь лучше понять вокальную продукцию у людей, как при нормальной речи, так и при связанных с ней расстройствах», — добавляет он.

Это одна из заключительных идей, высказанных авторами исследования волнистых попугайчиков: использовать их, чтобы лучше понять человеческую речь и те расстройства, которые мешают некоторым людям говорить. Другая — мечта понять, что они говорят в своих трелях. В будущем, говорит доктор Лонг, «мы хотели бы использовать передовые методы машинного обучения, чтобы перевести звуки, издаваемые волнистыми попугайчиками, в объекты или действия». «Нас интересуют когнитивные процессы, которые позволяют им получать доступ к определенным звукам; эти процессы аналогичны тем, которые позволяют нам думать о слове, и эти вычисления не работают при нарушениях коммуникации, таких как афазия», — заключает он.