Śpiewa jak z neuronów! - czyli o tym jak czytać ptakom w myślach

Zespół badaczy opracował sposób, aby przewidywać co i kiedy zaśpiewają zeberki. Nowa metoda naukowców może zrewolucjonizować badania nad komunikacją, a także pomóc przywrócić niektórym ludziom mowę.

Czytaj dalej

nauki przyrodnicze

o co chodzi?

Niektórzy rodzą się bez głosu. Inni tracą go w przykrych wypadkach lub w wyniku urazów. Czasem głos uszkadza choroba, a bywa, że i całkowicie go zabiera. O ile mamy już protezy kończyn, implanty czy urządzenia imitujące narządy, tak wciąż brakuje nam narzędzia, które przywróciłoby naturalną i płynną mowę. Możliwe jednak, że dzięki pracy grupy naukowców - oraz wsparciu ze strony małych ptaszków - jesteśmy o krok bliżej do jego opracowania.

„Mowa zeberek”

Zespół badaczy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego zbadał, w jaki sposób można wykorzystać wzory w aktywności mózgu zeberek, aby przewidzieć, co za chwilę zaśpiewają te małe zwierzątka. A jak to się wiąże z naszym głosem? Otóż śpiewne popisy tych ptaków łączy wiele wspólnego z ludzką mową: są to tak samo złożone jak i wyuczone zachowania. 

Każdy z nas na pewnym etapie życia musiał nauczyć się mówić, w dodatku przestrzegając przy tym wielu reguł związanych z gramatyką, składnią czy intonacją. O tym jak trudne jest to zadanie wiedzą chyba wszyscy, którzy próbowali nauczyć się obcego języka ?. 

Wzory aktywności mózgu

Zanim przejdziemy dalej może nam się przydać małe wprowadzenie do tego jak zbudowany jest i jak działa mózg. W dużym skrócie składa się on głównie z licznych komórek nerwowych zwanych neuronami. Potrafią one zarówno wysyłać informację do innych neuronów, jak i samemu ją odbierać. Wszystkie te sygnały nazywamy impulsami. Możemy to sobie wyobrazić tak: gdy patrzymy na kawałek pizzy, w jakiejś części naszego mózgu aktywują się neurony mówiące „PYCHOTA!”. Taką informację wysyłają następnie do neuronów w innej części mózgu, które powiedzą ,,Mmm… Zjedzmy to!’’. Każdy taki wzór ich aktywności, każdy „fragment ich rozmowy”, to tak zwany LFP (local field potential). 

Jeden konkretny wzór odpowiada więc tak jakby jednemu konkretnemu “komunikatowi’’ – czasem może to być nasza myśl a czasem czynność, którą mamy zamiar wykonać. To bardzo skrótowy i niedokładny opis, ale na tę chwilę wystarczy. 

Elektrody w mózgu

Aby sprawdzić, czy aktywność neuronów zeberek koreluje jakoś z ich śpiewaniem, naukowcy musieli najpierw ją zarejestrować. W tym celu wszczepiono do mózgu ptaków małe elektrody – oczywiście dbając, by żadne z tych zwierzątek nie ucierpiało zarówno w trakcie badania, jak i po jego zakończeniu. 

Elektrody umieszczono w obszarze mózgu zwanym HVC (high vocal center), który związany jest u ptaków z uczeniem się i tworzeniem pieśni. Gdy więc zeberki śpiewały, naukowcy nagrywali je podwójnie: pieśń przy użyciu mikrofonu, a aktywność neuronów zapisem z elektrod. Zebrane dane poddano następnie skomplikowanej analizie. 

Z aktywności neuronów wyodrębniono wzory LFP, a pieśni ptaków podzielono na sylaby, czyli małe grupki nut. Następnie naukowcy przyporządkowali każdej sylabie odpowiadający jej w czasie wzór impulsów. W ten sposób zyskali oni możliwość przewidywania, co za chwilę zaśpiewa dana zeberka. 

Ludzie jak zeberki?

O ile „czytanie w myślach” zeberkom samo w sobie jest fascynujące, tak jeszcze bardziej godny uwagi jest fakt, że podobne wzory aktywacji neuronów znane są i u ludzi! Tak jak ptaki komunikują się ze sobą śpiewem, tak i my robimy to, gdy do siebie mówimy. W dodatku przy obu tych sposobach porozumiewania się zachodzą podobne procesy w mózgu, które od teraz będzie można jeszcze dokładniej badać. Jednak to nie koniec! 

Z analizowanych przez naukowców danych wynika, że każda zmiana wzoru LFP przekłada się na konkretną sylabę ptasiego śpiewu. Dlatego też jeśli któryś z ptaków postanowił dodać do swojego repertuaru szczyptę improwizacji, naukowcy wiedzieli o tym znacznie szybciej i to z samego tylko zapisu neuronalnych impulsów. 

Znacznie zwiększa to możliwości inżynierom, którzy pracują nad technologiami związanymi z głosem i mową. Ludzie także nie powtarzają w kółko jednego i tego samego zdania – nasza mowa jest bardzo bogata, a do tego wciąż się zmienia i rozwija. To dlatego tak trudne jest opracowanie jej idealnej ,,protezy”. 

Z nadzieją w przyszłość

Praca tego zespołu badaczy otwiera przed nami drzwi do zupełnie nowych metod prowadzenia badań nad komunikacją. I kto wie? Może pewnego dnia uda nam się przywrócić mowę wszystkim tym, którzy ją stracili a wtedy zostanie nam już tylko podziękować naszym rozśpiewanym przyjaciołom ???

Opublikowano w dziale nauki przyrodnicze dnia 18 lut 2022

Podobał Ci się ten artykuł?
Żródła

Brown, D.E. II, Chavez, J.I., Nguyen, D.H., Kadwory, A., Voytek, B., Arneodo, E.M. i. in.. (2021) Local field potentials in a pre-motor region predict learned vocal sequences. PLoS Comput Biol 17(9). e1008100. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008100

University of Califoria. Decoding birds’ brain signals into syllables of song. Pobrano z:  https://www.eurekalert.org/news-releases/929139Dnia: 04.10.2021r.).

Zdjęcie: Rolf Dietrich Brecher from Germany - Zebrafink, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=65463360