Zięby zebry są tak dobre w śpiewaniu, że mogą to zrobić we śnie. Według naukowców robią wszystko oprócz: W czasie snu zebra zięby podpalają regiony mózgu i wibrują struny głosowe w sposób, który naśladuje przebudzenie.
powiązana zawartość
- Uczenie się snu było mitem, ale można było wzmocnić wspomnienia podczas drzemki
- To jest Twój mózg w Twojej ulubionej piosence
W ciągu ostatnich dwóch dekad naukowcy odkryli, że sen jest kluczową częścią repertuaru nauki śpiewu zięby zebry. Zięby nie rodzą się arie pasów; zamiast tego uczą się swoich piosenek w okresie dojrzewania, ćwicząc i majstrując pod nadzorem dorosłego nauczyciela. Nauczyciel będzie cierpliwie ćwiczyć dla swoich uczniów, którzy następnie wypowiedzą własne niepewne wokalizacje. Słuchanie własnych głosów wydaje się być kluczowym elementem dla małych zięb zebry, które same testują nuty i sylaby.
Z pewnością praktyka czyni mistrza - ale jeszcze ważniejszym? Dobry sen.
Po ciężkim dniu w szkole każda zięba zebry idzie do łóżka z muzyką w umyśle - tak bardzo, że jego mózg migocze i odchodzi od tych samych wzorców, które występują podczas codziennych ćwiczeń. Jego struny głosowe również wibrują, ale nie wydają żadnego dźwięku: ptaki nie przepychają wystarczającej ilości powietrza przez gardła, aby wygenerować słyszalny hałas.
Naukowcy teoretyzują, że ptaki w rzeczywistości marzą o śpiewie - bardziej synchronizują wargi snu niż śpiewają podczas snu. Może to mieć wiele wspólnego z krystalizacją i przekształcaniem materiałów wyuczonych przez ich nauczycieli - zjawisko porównywalne do drzemki ludzi pakujących wspomnienia i informacje do długoterminowego przechowywania. Nad ranem zięby budzą się zmęczone i zdezorientowane, bełkocząc nieco mniej spójnie niż poprzedniego dnia - ale wraz z upływem czasu ich piosenki się poprawiają.
Naukowcy uważają, że badanie sposobu, w jaki ptaki używają snu do nauki swoich piosenek, może pomóc nam zrozumieć tajemniczy proces przyswajania języka przez człowieka. Podobnie jak ludzka mowa, melodie śpiewu ptaków są skomplikowane i złożone, a nawet aktywują ścieżki mózgowe i mięśnie bardzo podobne do tych u ludzi.
„Zeszłej nocy miałem ten szalony sen, ale zapomniałem go zapisać”. (Flickr / Cathy) Ale studiowanie snów snu zięby zebry nie jest łatwym zadaniem: nie jest tak, że możemy szturchać ptaki i zapytać. Aby lepiej zrozumieć wewnętrzne działanie tych sennych ptaków, grupa badawcza Gabriela Mindlina z Uniwersytetu w Buenos Aires postanowiła pójść o krok dalej w łańcuchu dowodzenia muzycznego. Mózgi kontrolują zachowanie, ale między nimi jest muskularny pośrednik. Aby przetłumaczyć wzór w mózgu na pełnowartościową serenadę, narząd głosu ptaka musi najpierw wykonać rozkaz marszu. Mindlin, profesor biofizyki, który bada mechanikę śpiewu ptaków, wraz ze swoimi kolegami zaprojektował system do bezpośredniego pomiaru aktywności zaangażowanych mięśni.
W swojej poprzedniej pracy jego zespół badawczy, we współpracy z naukowcami z University of Utah, stwierdził, że zięby zebry poruszają mięśniami głosu w synchronizacji z podobną do śpiewu aktywnością w mózgu, co wskazuje, że odczyt mięśni może być dobrym wskazaniem do podglądania w melodyczne marzenia ptaków.
„Teraz zamiast patrzeć na jedną komórkę [mózgu] naraz, widzimy moc wyjściową całego systemu, co jest bardzo ekscytujące” - mówi Daniel Margoliash, profesor neurobiologii na Uniwersytecie w Chicago, który od ponad lat studiował śpiew ptaków trzy dekady. Margoliash wcześniej współpracowała z grupą Mindlin, ale nie była zaangażowana w te badania.
Badanie wykazało również, że sen to nie tylko czas na próby - może również dać ptakom szansę na cichą improwizację nowych utworów. Wydaje się, że mięśnie ptaków śpiewają lekko w nocy, komponując ciche piosenki, które nie trzymają się scenariuszy dnia. Te nowe badania pozwoliły uchwycić zmienność, której nie potrafiły poprzednie badania mózgu, i sugerują, że muzyczny umysł meandruje, gdy zięba zebry się przytakuje.
Dla Mindlin było to ogromne. „Teraz mamy model, który nie potrzebuje mózgu” - mówi.
W ubiegłym tygodniu, w dwóch nowych badaniach, grupa Mindlin rozszerza swoje badania. Oba badania skupiają się na sposobie, w jaki naukowcy badają mięśnie zięby zięby, w nadziei na odkrycie kolejnych tajemnic drzemiącego mózgu ptaków.
Po pierwsze, naukowcy kierowani przez Juana Dopplera, fizyka pracującego pod nadzorem Mindlina, chcieli ułatwić badanie mięśni ptaków. Skupienie się na mięśniach może być bardziej bezpośrednim sposobem uchwycenia mechaniki serenad drzemki - ale nadal nie jest to łatwe. Dorosłe zięby zebry muszą przejść operację, aby umożliwić naukowcom przymocowanie elektrod do wielu mięśni.
Jednak chociaż mięśnie te mają bezpośrednio kontrolować poszczególne aspekty produkcji piosenek - na przykład wysokość wytwarzanego dźwięku - muszą one również ze sobą współpracować. Kilka jest fizycznie połączonych, w tym jeden szczególnie ważny mięsień zwany strzykawką brzuszną, o której wiadomo, że kontroluje częstotliwość piosenki.
Zespół odkrył, że pomiar aktywności samej strzykawki brzusznej może niezawodnie uchwycić dynamikę ballad śpiewu ptaków niemal tak dokładnie, jak stara technika pomiaru wielu mięśni. Zgodnie z oczekiwaniami aktywność mięśnia zawierała informacje o częstotliwości, ale mogła również przewidzieć, kiedy motywy muzyczne zaczną się i kończą z ponad 70-procentową dokładnością.
„Odchodzimy od skupiania się całkowicie na mózgu i neuronach, a także zwracamy uwagę na biomechanikę, w której przetwarzane są informacje o układzie nerwowym”, mówi Doppler. „To potężny pomysł. W niektórych przypadkach spojrzenie na biomechanikę może dać wgląd w układ nerwowy, który nie jest tak jasny. ”
Dzięki prostszemu systemowi Dopplera, opisanemu w czasopiśmie Chaos, badacze mogą łatwiej studiować pieśni marzeń ptaków; ponadto zrozumienie mechaniki tego potężnego mięśnia może również informować o tym, jak układ głosowy działa jako jednostka funkcjonalna.
„Cechy mięśnia naprawdę krwawią”, mówi Katherine Tschida, neurobiolog z Uniwersytetu Duke, który studiował naukę śpiewu u zięb zebry. „Można odczytać z jednego mięśnia wiele różnych funkcji, mimo że mięsień nie jest przede wszystkim funkcjonalnym sterownikiem systemu.” Tschida, który nie był zaangażowany w pracę, również pochwalił badanie pod kątem metodologii „wysokiej jakości”.
Ta tabela pokazuje aktywację mięśni strzykawkowych w ziębie podczas śpiewania (powyżej) i w nocy (szary, poniżej). (Young i in., W PeerJ (2017)) W drugim badaniu zespół kierowany przez Alana Busha, również fizyka z grupy Mindlin, odkrył, że mogą manipulować ptakami, aby napinały mięśnie głosu, odtwarzając im wersje swoich piosenek podczas snu - forma harmonicznej hipnozy. Bush chętnie badał wzorce, w jaki sposób mięśnie faktycznie strzelały w sen. Dla niego narząd głosu nie jest tylko marionetką wykonującą mózgowe instrukcje mistrza - jest raczej kreatywnym łącznikiem między mózgiem a zachowaniem, który może dodać własne dzwonki i gwizdy do produktu końcowego. „Duża część złożoności systemu pochodzi z peryferii, gdzie znajdują się mięśnie”, wyjaśnia.
Bush i jego koledzy odkryli, że kiedy mięśnie są nakłonione do aktywności, zachowują się w sposób „wszystko albo nic”. Gdy grali w siebie, wycinając melodie, mięśnie ptaków niezawodnie drgały. Nawet syntetyczne wersje tych piosenek, zremiksowane w laboratorium, mogą czasem wywoływać reakcje narządu głosu. Często mięśnie były nieruchome, ale kiedy były wprawiane w zginanie, przeprowadzały całą sekwencję strzelania wokalizacji.
Naukowcy twierdzą, że ta wiedza otwiera nowe sposoby badania, w jaki sposób pobudzana jest muskulatura muzyczna.
Ze względu na inwazyjność operacji Mindlin i jego zespół byli w stanie przetestować reakcje mięśniowe dorosłych zięb zebry. Jednak przyszłe eksperymenty z bardziej zaawansowaną technologią mogą rzucić światło na stany snu młodych ptaków. Takie odkrycia mogą potwierdzać wcześniejsze badania nad tym, jak dorastająca zebra bawi się naukami swojego nauczyciela i dodaje własne akcenty podczas snu. Ale jaki cel może to służyć dorosłym, którzy opanowali już swoje melodie?
Margoliash uważa, że chodzi o utrzymanie wiedzy specjalistycznej. „Jeśli chcesz osiągnąć bardzo wysoki poziom precyzji, musisz pracować, aby się tam dostać i ćwiczyć, aby tam pozostać”, wyjaśnia. „Zięby Zebry - i ludzie - muszą ćwiczyć, aby utrzymać jakość osiąganych wyników.”
Pewnego dnia, przy połączeniu sił neurobiologii i biofizyki, naukowcy mogą być w stanie głębiej zanurzyć się w pieśniach snu. Technologia nie dotarła do zadania, ale z każdym dniem staje się coraz bardziej wydajna. Dopóki? Marzyć o.
