Декілька видів птахів здатні імітувати людську мову.

Деякі співочі птахи, воронові та папуги також видають звуки, за допомогою яких спілкуються. Але як вони це роблять і чи схожий цей процес на людський, залишалося загадкою.

Дослідження з хвилястими папугами, опубліковане в журналі «Nature», пролило світло на це питання: виявляється, у них є ряд нейронів, спеціально призначених для активації голосового органу. Деякі з них настільки специфічні, що відповідають за інтонування співу або видавання більш-менш високих звуків.

Вони роблять це за допомогою іншої частини мозку, але в іншому механізм такий самий, як і в людей.

«Папуги, як-от австралійські хвилясті папужки, що фігурують у цьому дослідженні, вирізняються своєю неймовірною вокальною здатністю. Вони можуть імітувати різні звуки довкілля, включно з мовленням», — говорить у листі Майкл Лонг, старший автор дослідження і викладач медичної школи Нью-Йоркського університету. «Ми виявили, що існує представлення вокальних звуків у частині мозку, аналогічній ключовому центру продукування мовлення в людей. Це перший вид, крім людини, у якого спостерігається така вокальна моторна карта», — додає доктор Лонг.

Їхнє відкриття виходить за рамки цього: за допомогою спектрального аналізу вони виявили кореляцію між типом вокалізації та патерном мозкової активності. Так, трель з певним тоном, більш-менш високим, супроводжувалася активацією одних нейронів, але не інших. У людей частина моторної кори, що відповідає за мовлення, кодує тон, частоту вокалізації. У хвилястих папуг ця частина мозку модулює тон завдяки контролю напруги стінок сиринкса. За словами Зетіана Янга, першого автора дослідження, існує кореляція між типом звуку, який видає хвилястий папуга, і типом нейронів, що активуються. На запитання про інші види, споріднені з хвилястими папугами, Янг визнає, що досліджень не проводилося, але вважає, що «папуги з подібними вокальними здібностями можуть мати таку саму нейронну організацію».

Люди можуть говорити, співати, кричати або шепотіти завдяки ряду нейронів у моторній ділянці кори головного мозку, які простягають свої закінчення до стовбура мозку — справжньої магістралі, що з'єднує мозок зі спинним мозком і всією іншою нервовою системою. Тут ці закінчення досягають nucleus ambiguus, який відповідає за контроль м'язів рота, глотки і, що нас цікавить, гортані — голосового органу людини. Мозкова анатомія птахів інша, як і вокальна. У них немає голосових зв'язок, вони видають свої пісні за допомогою сиринкса та вібрацій його стінок. Але дослідження з хвилястими папугами, нездатними співати, показали, що їхня здатність до вокалізації міститься в гомологу кори головного мозку у ссавців, який називається переднє ядро аркопаліуму (AAC). Тут його електрична стимуляція іннервувала сиринкс, повертаючи їм здатність співати.

На цій основі неврологи з Медичного центру Лангоне при Нью-Йоркському університеті (США) встановили крихітні імпланти в голови кількох хвилястих папуг.

Вони записали понад тисячу трелей і десятки криків чотирьох самців (на зображенні) під час різних сеансів.

Так вони побачили, як активуються певні нейрони AAC і як їхні закінчення досягають сиринкса через стовбур мозку. Щоб підтвердити, що джерело цієї активності не інше, її також записували під час прослуховування трелей інших особин або в моменти тиші.

Вони також побачили, як вони повторно використовують ті самі нейронні набори, коли відтворюють дуже схожі звуки.

Джошуа Нойнубель, нейробіолог з Університету Делавера (США), у коментарі для «Nature» пише про значення дослідження цих хвилястих папуг.

По-перше, він нагадує про відмінності між різними видами: «Люди мають неперевершену вокальну гнучкість для мовлення, папуги вирізняються імітацією, а зеброві амадини [використовувані як контрольна група в дослідженні] видають стереотипні пісні з фіксованими складами».

Проте він зосереджується на тому, що у них спільного. Незважаючи на анатомічні відмінності, «фундаментальна нейронна організація від переднього мозку, через стовбур мозку, до голосового органу зберігається, демонструючи, як схожі структури адаптувалися в ході еволюції для продукування унікальної вокальної поведінки».

Розуміння людської мови

Цю ідею еволюційної конвергенції з різних точок продемонструвала нещодавня публікація кількох робіт про мозок ссавців, птахів і рептилій. Фернандо Гарсія Морено, дослідник Ikerbasque з Achucarro Basque Center for Neuroscience і головний автор двох із цих досліджень, підкреслює цей процес: «Папуги можуть імітувати нашу манеру говорити, але їхній мозок контролює вокалізацію за допомогою інших частин мозку, ніж у людей.  У той час як люди використовують неокортекс, хвилясті папуги роблять це за допомогою переднього ядра аркопаліуму, еволюційно пов'язаної з мигдалеподібним тілом людського мозку області».

Для Гарсія Морено дивовижна схожість вокальних ланцюгів, незважаючи на те, що головні герої мозку різні. Його роботи, опубліковані в журналі «Science», виявили, що нейрони і ланцюги в ієрархічно вищих ділянках мозку еволюціонували незалежно у ссавців і птахів, але сходилися в аналогічних функціях. Це дослідження, додає він, «показує, що навіть при незалежній еволюції фізіологія мовлення дуже схожа в обох групах видів, отже, біологічну основу мовлення можна однаково розуміти у хвилястих папуг і людей».  «Вивчення цих маленьких папуг може допомогти краще зрозуміти вокальну продукцію у людей, як у нормальному мовленні, так і в пов'язаних з ним розладах», — додає він.

Це одна з фінальних ідей, яку пропонують автори дослідження хвилястих папуг: спиратися на них, щоб краще зрозуміти людську мову та ті розлади, які заважають деяким людям говорити.

Інша — мрія зрозуміти, що вони говорять у своїх трелях. У майбутньому, каже доктор Лонг, «ми хотіли б використовувати передові методи машинного навчання, щоб перекладати звуки, які видають хвилясті папуги, на об'єкти або дії».

«Нас цікавлять когнітивні процеси, які дають їм змогу отримувати доступ до певних звуків; ці процеси схожі на ті, що дають нам змогу думати про слово, і ці обчислення виходять з ладу при таких розладах комунікації, як афазія», — підсумовує він.