Выброс дофамина подсказывает птенцам, что их практика пения приносит плоды
Ученые, изучающие мозг, начинают распутывать молекулярные механизмы, лежащие в основе внутренней мотивации к обучению.
Бесчисленные попытки молодой зебровой амадинки звучать более как взрослая амадина, способная ухаживать за самкой, заставляют запускать многочисленные химические реакции в мозге, сигналы которых сливаются в единый "хаос".
«Сначала их песни кажутся не слишком примечательными», — говорит Муни, который изучает пение птиц уже четыре десятилетия.
- Младенец после рождения не начинает сразу хорошо разговаривать. Аналогично, у зебровых амадин птенцы не начинают жизнь с голосовыми связками. Чтобы издавать свои фирменные трели, щебетание и писк им требуется время, чтобы освоить это.
«Количество усилий, которые птенец прилагает для достижения вокального мастерства, огромно», — сказал Муни. «Им требуется около месяца упорных ежедневных занятий, до 10 000 исполнений в день».
- Молодые вьюрки продолжают это делать час за часом, день за днем, даже когда их никто не слушает. Их мотивация к мастерству исходит изнутри.
Благодаря новым инструментам, достижениям в области машинного обучения и возможности отслеживать тонкие и быстрые химические колебания в мозге проливается свет на мозговые сигналы, лежащие в основе внутреннего желания птиц совершенствовать свои песни до идеала.
В новом исследовании, опубликованном 12 марта в журнале Nature, команда поместила самцов молодых зебровых амадинов в отдельные звукоизолированные комнаты, где они могли практиковать пение по своему желанию.
У зебровых амадинов поют только самцы; молодые птицы учатся своему брачному пению в раннем возрасте, сначала внимательно слушая своего отца и запоминая его песню. Затем, как дети, которые учатся говорить, они начинают лепетать, их писк постепенно становится более похожим на песню. Практикуя свои песни и слушая результаты, они постепенно понимают, как воспроизводить правильные ноты и ритмы, соответствующие их ментальному шаблону песни своего отца.
Птенцу зебровой амадины требуется целых три месяца с момента вылупления, чтобы стать искусным певцом.
Чтобы обработать данные, они разработали модель машинного обучения, которая может анализировать тысячи исполнений песен и оценивать каждую попытку.
«Таким образом мы можем отслеживать процесс обучения поминутно», — сказал Пирсон.
«Некоторые попытки были немного лучше, а некоторые — немного хуже», — добавил он. В целом, чем дольше птицы тренировались, тем лучше у них получалось.
По мере того, как птицы постепенно осваивали свои мелодии, команда также измеряла уровень дофамина, выделяемого в базальных ганглиях птиц — части мозга, участвующей в обучении новым двигательным навыкам.
Дофамин — один из химических посредников мозга, передающий важные сигналы об обучении, вознаграждении и мотивации от одного нейрона к другому.
Для мониторинга дофамина исследователи использовали крошечные датчики, изготовленные из генетически модифицированных белков, которые светятся, когда в мозге высвобождаются определенные нейрохимические вещества.
То, что они обнаружили, их удивило. Всякий раз, когда птица практиковалась, уровень дофамина в базальных ганглиях птицы начинал расти. Не имело значения, попадали ли они во все ноты или нет. Другими словами, любое усилие в пении активирует сигналы в путях вознаграждения мозга. Уровень дофамина у птиц повышался сильнее, когда птица демонстрировала результаты выше типичных для ее возраста. Сигнал был немного слабее, когда они регрессировали.
- чем лучше они справлялись со своими возрастными показателями, тем больше повышался уровень дофамина, он действует как «компас» направляя их.
Давно известно, что дофамин играет важную роль в том, как люди и другие животные учатся с помощью внешних вознаграждений и наказаний. Но птицам не нужны кнуты и пряники, чтобы научиться петь.
Поскольку птицы были одни во время своих репетиций, распевая в звуконепроницаемой комнате, они не получали никакой внешней обратной связи о том, как у них идут дела.
«Никто не скажет птице, хорошо ли она спела или ей нужно ещё потренироваться», — сказал Муни.
Исследователи также обнаружили, что дофамин — не единственный химический сигнал, необходимый для такого обучения.
Им удалось узнать, что другой химический посредник, называемый ацетилхолином, может вызывать выброс дофамина в мозгу птицы, когда она поет. Он отвечает за передачу дофамина по нейронам и дает птице дополнительный импульс дофамина, когда она поет свою балладу.
Когда птицам давали препараты, блокирующие передачу сигналов дофамина или ацетилхолина у птиц наблюдался меньший прогресс.
«Обучение фактически останавливается», — сказал Муни. «Птица по-прежнему много поет, но, похоже, не может извлечь из этого урок».
Изучение того, как птицы учатся петь, может помочь исследователям лучше понять, как люди осваивают другие двигательные навыки, такие как говорение, жонглирование или игра на музыкальном инструменте.
В этом смысле, сказал Муни, «обучение пению птиц очень похоже на то, что делают дети, когда они спонтанно приобретают эти замечательные навыки».
Проблемы с передачей сигналов дофамина в базальных ганглиях также связаны с рядом заболеваний, включая болезнь Паркинсона и шизофрению.
«Для нас очень важно понимать эти процессы, и птица — это средство достижения этих целей», — сказал Пирсон.
«Из всех оставшихся научных областей мозг, вероятно, изучен меньше всего, а ведь он имеет основополагающее значение для человеческого существования», — сказал Муни.
Молодые самцы зебровых амадинов учаться петь:
Результаты стараний привели к виртуозному пению:
Материалы предоставлены Университетом Дьюка . Оригинал написан Робином Смитом. Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.
Университет Дьюка. «Выброс дофамина сообщает птенцам, что их практика пения приносит плоды». ScienceDaily. ScienceDaily, 25 марта 2025 г. <www.sciencedaily.com / releases / 2025 / 03 / 250325191424.htm>.