Наука, стоящая за «Полли, хочет взломщика», может направить будущий дизайн лечения речевых расстройств

Впервые записывая активность мозговых попугаев, когда они издавали звуки, исследовательская группа в школе медицины NYU Grossman обнаружила, что их мозг генерирует закономерности, которые можно увидеть только у людей, когда они говорят.

Опубликовано онлайн 19 марта в журнале ПриродаИсследование нанесло на карту активность группы нервных клеток в мозге птицы, называемого центральным ядром переднего аркопаллия (AAC), который, как известно, сильно влияет на мышцы в его голосовом органе. Было обнаружено, что различные группы клеток AAC производят звуки, сродни согласным и гласным.

Когда попугаи поют, некоторые клетки становятся активными на определенных полях, например, нажимают ключи на пианино, причем вновь обретенная модель напоминает организацию, стоящую за человеческой речью. Основываясь на своих выводах, исследователи предполагают, что люди и попугаи, в отличие от любого другого изученного животного, имеют аналогичную связь между более высокой активностью мозга и производством звука.

«Важным способом разработки новых методов лечения речевых расстройств является поиск моделей животных, которые могут предложить новое представление о мозговых процессах, связанных с речью»,-сказал старший автор исследования Майкл Лонг, доктор философии, профессор Thomas и Suzanne Murphy в Департаменте нейробиологии и преподаватели в Институте нейробиологии Nyu Langone Health. «Процессы мозга, обнаруженные в попугаях, могут помочь объяснить механизмы расстройств связи, затрагивающих миллионы американцев». К ним относятся апраксия (проблемы с планом по планированию речи) и афазия (трудности с производством языка), которые могут быть результатом травмы, вызванной инсультом.

Тайна людей и попугаев

Исследователи говорят, что «невероятно гибкий» разговорный язык создается с помощью деликатных закономерностей в человеческом мозге. Чтобы определить, являются ли узоры уникальными для людей, исследовательская группа выполнила первые записи мозга в AAC Budgerigar, тип небольшого попугая, который может имитировать сотни человеческих слов.

Часть результатов исследования была сосредоточена на контрасте между мозгом Budgerigar и классом Zebra Finch, вида певчих птиц, известных для создания сложных вокализаций. В то время как оба вида могут имитировать звуки, используя выделенные области мозга, а также специализированные голосовые органы, только попугаи могут производить человеческие слова.

Зебра Финч требует более 100 000 практических испытаний для изучения жесткой песни, при этом эксперименты подтверждают, что его мозг устанавливает фиксированную схему активности посредством кропотливого процесса проб и ошибок. Напротив, попугаи, как и люди, могут быстро адаптировать свое вокальное поведение. Исследование показало, что используя свою внутреннюю «вокальную клавиатуру», они учатся гибко повторно использовать и творчески рекомбировать моторные команды для достижения разных звуков.

Двигаясь вперед, исследовательская группа планирует изучить более высокие функции мозга, которые решают, «какие клавиши фортепиано нажимают» посредством входящих сигналов в AAC. Раскрытие этих процессов может пролить свет на более высокие когнитивные способности у людей, а также на стратегии, которые обогащают модели искусственного интеллекта, стоящие за чатами (большие языковые модели).

«Наши результаты подтверждают, что нейроны AAC систематически представляют вокальный шаг и определяют точный контроль над ним, при этом эта система демонстрирует беспрецедентные общины с человеческой активностью мозга», — говорит ведущий автор Зетиан Ян, постдокторский ученый в лаборатории доктора Лонга. «Таким образом, эта работа устанавливает этот попугайник как новую критическую модель для исследования управления речевым двигателем».

Это исследование было поддержано финансированием сотрудничества Саймонса в глобальном мозге.