О языке и пении птиц

В последнее время было много работы, поэтому времени на научно-популярные посты остается немного. Около месяца назад я был, пожалуй, на самой большой коференции по нейронауке в Сан-Диего на западном побережье. В ней участвовало около 30 000 ученых со всего мира. На одной из главных лекций нам рассказывали про параллелях между пением птиц и человеческим языком.

Мы до сих пор не знаем до конца как происходит обучение языку в мозге. Известно, что дети, постепенно слушая речь родителей, начинают понемногу за ними повторять и постепенно научаются. Но что именно происходит в этот момент узнать крайне трудно, поскольку это требует непосредственных измерений в живом мозге. Конечно, существуют лаборатории (http://sapience.dec.ens.fr/babylab/), которые занимаются тем, что записывают активность мозга маленьких детей до того момента, как они начинают говорить с помощью ЭЭГ (http://www.scholarpedia.org/article/Electroencephalogram). Однако этот метод не позволяет увидеть активность на уровне отдельных нейронов и локальных сетей, что сильно затрудняет понимание этих процессов. Дело в том, что активность отельных нейронов просто не видно в ЭЭГ сигнале, который регистрирует усредненную активность огромных популяций нейронов. В то время, как процессы синаптической пластичности происходят в отдельных нейронах и их синапсах, активность которых не видно в усредненном сигнале.

Чтобы немного разобраться в обучении такому сложному навыку, как язык явно могла бы подойти какая-нибудь животная модель. Но какие же животные могут помочь, ведь казалось бы "по-настящему" говорят только люди? Самым близким примером обучения сложным вокальным навыкам, таких как речь, является пение птиц. Например, зебровая амадина (https://ru.wikipedia.org/wiki/Зебровая_амадина) способна петь довольно сложные песни с постоянной структурой. Конечно, разница между человеческим языком и пением птиц огромна, но механизмы обучения навыкам во многом похожи. В частности, это связано с тем, что система подкрепления достаточно похожа в обоих случаях и связана с нейромедиатором дофамином (https://ru.wikipedia.org/wiki/Дофамин).

Лаборатория Sarah Woolley (http://www.commneuro.psych.columbia.edu/) уже давно занимается тем, что изучает пение амадин и проводит параллели с языком. В случае пения птиц можно поставить вопрос - является ли навык пения врожденным или выученным? Для того, чтобы ответить на него, они сделали серию элегантных экспериментов. В колонию, в которой живут зебровые амадины добавили острохвостых (https://ru.wikipedia.org/wiki/Острохвостая_амадина), которые поют совершенно другие песни. И те и другие неплохо уживаются друг с другом, если достаточно места и ресурсов. После того, как пары острохвостых и зебровых амадин отложили яйца, исследователи незаметно поменяли их между собой. Таким образом, птенцы острохвостых оказались в гнезде зебровых, а птенцы зебровых в гнезде острохвостых. Затем исследователи подождали, пока птенцы вырастут и научаться петь.

Почему же умение петь является для амадин столь важным? Стоит отметить, что песни поют только самцы, а самки слушают. Например, если взять птенца и вырастить без родителей, то самцы не смогут петь правильным образом. Конечно, они будут издавать звуки отдаленно напоминающие пение, однако они будут совсем не похожи на пение взрослых птиц. Правильная песня для самца важна потому, что если он не поет ее правильно, самки просто не захотят с ним спариваться. По всей видимости, это говорит о том, что у самца не все в порядке с головой, раз он не научился петь нормально, а значит у детей будут те же проблемы. Такой механизм называется половым отбором (https://ru.wikipedia.org/wiki/Половой_отбор). Хочешь размножаться - умей красиво петь.

По мере того, как птенцы росли, они могли слышать песни своих настоящих и приемных родителей, поскольку жили в одной колонии. В обоих случаях получилось так, что приемные острохвостые начали петь песни зебровых, а зебровые острохвостых. Иными словами, не смотря на то, что птенцы все детство слушали песни своих биологических родителей, поскольку росли в одной колонии, они научились петь только песни своих приемных отцов. Это окончательно подтвердило гипотезу о том, что песня амадин выучивается, а не закладывается генетически. Затем исследователи установили электроды в часть "коры" (которой, катати, у птиц нет, зато есть структура, которая называется паллиум, которая по все видимости работает схожим образом http://www.pnas.org/content/112/11/3184.full). Измерив активность в "коре", оказалось, что у настоящих зебровых и острохвостых амадин, которые поют как зебровые оказалось одной и той же. Что звучит вполне логично, учитывая то, что обучались они сходим образом, слушая песни тех, кого они считали своими отцами. Таким образом, эти эксперименты также подтвердили, что механизмы обучения пению птиц одинаковые даже на нейрональном уровне.

Что же такие исследования могут нам сказать о речи человека, если мы считаем пение птиц адекватной моделью обучения языку? Вывод из этих работ довольно простой - среда, а не гены играют ключевую роль при обучении сложным навыкам, таких как язык. Например, если ребенок из Индии родился где-нибудь в штатах, то английский станет для него родным, как и для любого другого ребенка в той же среде. Главное то, какую речь он будет слышать в детстве. При этом отличий не будет никаких, даже на уровне работы нейронов.

Возвращаясь к генам, стоит отметить, что в значительной степени способность человека учить язык как таковой скорее всего все же закодирована генетически (https://www.youtube.com/watch?v=7Cgpfw4z8cw). Если обучать обезьян языку, они не заговорят. Но насколько справедлива эта концепция и действительно ли можно найти следы генеративных грамматик в мозге вопрос спорный (http://www.nature.com/neuro/journal/v19/n1/full/nn.4186.html). Но это будет уже другая история, о которой должен рассказывать скорее лингвист, нежели нейробиолог.

Источник: sapience.dec.ens.fr

Комментарии: