Конкретные предпочтения песни


Предпочтение песен одного вида — это способность, певчим птицам необходимая для того, чтобы отличать песни своего вида от гетероспецифической песни, чтобы самки могли выбрать подходящего партнера, а молодые самцы могли выбрать подходящего наставника по пению во время обучения вокалу . Исследователи, изучающие болотного воробья ( Melospiza georgiana ), продемонстрировали, что молодые птицы рождаются с этой способностью, потому что молодые самцы, выросшие в акустической изоляции и обученные с помощью искусственных записей, предпочитают учить только песни, содержащие слоги их собственного вида. [ 1 ] Исследования, проведенные на более поздних стадиях жизни, показывают, что предпочтения песен особей уточняются и усиливаются на протяжении всего развития в зависимости от социального опыта. [ 2 ] Свойства избирательного ответа нейронов певчих птиц слухового пути были предложены в качестве механизма, ответственного как за врожденные , так и приобретенные компоненты этого предпочтения.
Нейронные механизмы
[ редактировать ]Механизм, ответственный за способность различать типы песен, еще не полностью охарактеризован исследователями в области нейроэтологии , но было продемонстрировано, что по крайней мере пять различных структур слухового пути содержат нейроны , которые преимущественно реагируют на песню сородичей. Структура нейронных сетей, морфология нейронов, а также состав пресинаптических связей рецепторов и ионных каналов заставляют некоторые нейроны максимально реагировать на определенную частоту, фазу, амплитуду или временной паттерн стимула, и это известно как спектрально-временной паттерн. тюнинг. [ 3 ] Точная спектрально-временная настройка слухового пути обеспечивает центральной нервной системе певчих птиц способность различать конспецифические и гетероспецифичные песни. Настроечные характеристики слуховых нейронов лучше всего охарактеризованы у зебры ( Taeniopygia Guttata ), канарейки ( Serinus canaria ), европейского скворца ( Sturnus vulgaris ) и сипухи ( Tyto alba ).
Обучение и двигательные пути
[ редактировать ]Традиционная певческая система певчих птиц состоит из двух частей: переднего пути переднего мозга (AFP), участвующего в обучении песне, и заднего пути переднего мозга или «моторного пути песни» (PFP/SMP), участвующего в производстве песен. Оба этих нисходящих пути содержат нейроны, которые реагируют на песни сородичей. [ 4 ] Самки канарейки потеряли способность различать конспецифическую и гетероспецифическую песню после двустороннего поражения высокого голосового центра HVC , ядра, которое находится на вершине обоих путей. [ 5 ] Однако у самцов большинство нейронов песенной системы максимально реагируют на звук собственной песни птицы, даже больше, чем на песню воспитателя или любую другую песню вида. [ 6 ] [ 7 ] При HVC нейроны переключаются с лучшей реакции на песню-наставник (35–69 дней после вылупления) на лучшую реакцию на собственную песню птицы (>70 дней после вылупления). [ 8 ] Предпочтения песен нейронов в этих путях важны для сенсомоторного обучения, однако некоторые данные свидетельствуют о том, что специфическая способность отличать конспецифическую песню от гетероспецифической не связана с AFP или SMP. Что наиболее важно, исследования экспрессии генов показали, что нейроны AFP и SMP в целом демонстрируют повышенную активацию, когда птица поет, а не когда она просто слушает песню. [ 9 ] Считается, что, за исключением канареек-самок, нейронный субстрат, определяющий предпочтение песен сородичей, находится за пределами традиционной песенной системы, в слуховом пути. [ 10 ] [ 11 ]
Слуховой путь
[ редактировать ]Улитка
[ редактировать ]Птичьи волосковые клетки были тщательно изучены в улитке сипухи . [ 12 ] и теперь известно, что как морфологическая структура сосочков волосковых клеток , так и ионные каналы , которые характеризуют мембраны волосковых клеток, придают свойства спектральной настройки. Калифорния 2+ зависимый К + каналы производятся как сплайсинговые варианты гена cSlo , [ 13 ] и разные изоформы заставляют волосковые клетки преимущественно реагировать на разные резонансные частоты. [ 14 ] [ 15 ] Таким образом, видоспецифичные различия в изоформах cSlo мембран волосковых клеток могут играть роль в различении конспецифичных и гетероспецифичных нот у певчих птиц.
Слуховой таламус
[ редактировать ]Исследования на зебрах показали, что ядра слухового таламуса , расположенные на два шага выше улитки, не передают пассивно сигналы от периферических сенсорных структур в более высокие структуры переднего мозга. Ядра таламуса демонстрируют разные паттерны экспрессии генов в ответ на разные стимулы, что вовлекает их в процесс акустической дискриминации. [ 16 ] Нейроны овоидного ядра (Ov) имеют рецептивные поля , настроенные на реагирование на специфическую комбинацию спектральных и временных характеристик, присутствующих в слогах песни конкретного вида. Стимул-селективная настройка определяется рецепторными белками и ионными каналами, характеризующими синапсы этих нейронов. Нейроны могут избирательно реагировать на временные различия между песнями (например, длину слога или длину слогового интервала), если они постсинаптически реагируют на быстровысвобождающиеся ( ионотропные ) или медленновысвобождающиеся ( метаботропные ) рецепторы глутамата . [ 17 ] [ 18 ]
Слуховой передний мозг
[ редактировать ]Сильные конспецифическо-селективные реакции наиболее последовательно демонстрировались в нейронах структур высшего уровня слуховой системы: каудомедиального неостриатума (NCM), [ 19 ] [ 20 ] слуховое подполе-реципиент таламо (Поле L: L1, L2a, L2b, L3), [ 2 ] [ 21 ] и каудальный мезопаллий (CM: CMM и CLM). [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] Известно, что NCM и CM обсуждаются вместе, поскольку они функционально схожи. Недавние исследования начали показывать, что, хотя это и правда, CM, по-видимому, реагирует в зависимости от того, является ли стимул лично значимым для птицы.
У европейских скворцов нейроны НЦМ привыкают к определенному стимулу и «запоминают» отдельные особенности песен, которым подвергалась птица. Это указывает на то, что NCM функционирует в индивидуальном распознавании посредством стратегического рекрутирования рецепторов N-метил-D-аспартата ( NMDAR ) в синапсы, которые получают повторяющиеся паттерны возбуждения. [ 23 ] [ 26 ] Фактически, считается, что NMDAR являются единицей, ответственной за синаптическую память в центральной нервной системе. NMDAR в нейронах NCM, следовательно, могут быть привлекательной мишенью для отбора, когда песни функционируют в различении песен одного вида, для распознавания соседей и территориальной защиты, но NCM вряд ли будет играть роль в различении песен сородичей от гетероспецифичных.
У самцов зебры нейроны в полях L и CM не проявляют предпочтения к разным типам конспецифичных песен (в отличие от нейронов в NCM и тех, которые участвуют в AFP и SMP). Нейроны полей L и CM не различают песню-наставницу, собственную песню птицы или отдельные сородичи. [ 27 ] Вместо этого они демонстрируют предпочтение более высокого порядка к определенной песне по сравнению с гетероспецифичной песней или другими типами звука. [ 2 ] [ 22 ] Когда европейских скворцов мужского и женского пола обучают распознавать песни особей, происходит соответствующее изменение в реакции нейронов ШММ. [ 28 ] а самки зебровых амадин теряют способность различать конспецифические и гетероспецифические песни после поражения этой области. [ 29 ] Однако нейроны ШММ у самок также демонстрируют повышенную активацию в ответ на песню своего отца по сравнению с новой песней сородичей, демонстрируя, что это ядро также участвует в некоторой избирательности среди сородичей песен у самок. [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
Нейроны как в поле L, так и в поле CM обладают сложными фильтрующими свойствами, селективными как в отношении спектрально-временных модуляций , так и в отношении фазовых соотношений песен одного вида. [ 24 ] Более того, разные нейроны избирательно реагируют на разные особенности слогов и песен. В поле L нейроны имеют одну из четырех различных стратегий настройки: они либо жестко настраиваются на определенную частоту, либо чувствительны к краям частоты, развертке частоты или комбинированным частотам. [ 33 ] [ 34 ] При воздействии естественной песни в качестве стимула разные ансамбли этих нейронов реагируют на разные компоненты звука и вместе они демонстрируют способность осуществлять чувствительное различение между конспецифическими и гетероспецифическими типами слогов. Как и в овоидальном ядре, свойства спектрально-временного фильтра нейронов поля L и CM являются функцией конкретных ионных каналов и рецепторных белков, управляющих их синаптической динамикой. Сложная и изощренная настройка этих центров обработки более высокого порядка для специфических звуков может зависеть от интегрированных входных сигналов со всего восходящего слухового пути, от волосковых клеток через таламус и передний мозг, но этот сложный синтетический вопрос еще предстоит изучить.
Эволюционное значение
[ редактировать ]В эволюционном контексте нейронные механизмы предпочтения песен сородичей в слуховом пути важны для распознавания видов. Признаки распознавания видов играют центральную роль как в возникновении, так и в поддержании репродуктивной изоляции . Более того, общий нейронный механизм предпочтения песен сородичей имеет значение для совместной эволюции предпочтений самцов и самок, что может помочь объяснить резкое разнообразие фенотипов песен у современных певчих птиц.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Марлер, П. и С. Питерс. 1977. Избирательное вокальное обучение воробья. Наука 198:519-521.
- ^ Jump up to: а б с Амин Н., А. Дупе и Ф. Теуниссен. 2007. Развитие избирательности к естественным звукам в слуховом переднем мозге певчих птиц. Журнал нейрофизиологии 97:3517.
- ^ Вулли, AMN, Т.Э. Фремоу, А. Сюй и Ф.Е. Теуниссен. 2005. Настройка спектро-временных модуляций как механизм слухового распознавания звуков природы. Природная неврология 8: 1371-1379.
- ^ Солис, ММ, М. С. Брейнард, Н. А. Хесслер и А. Дж. Дуп. 2000. Избирательность песни и сенсомоторные сигналы в обучении и производстве вокала. Труды Национальной академии наук США 97: 11836-11842.
- ^ Бреновиц, Е.А. 1991. Измененное восприятие видоспецифической песни самками птиц после поражения ядра переднего мозга. Наука 251:303-304.
- ^ Марголиаш, Д. и М. Кониши. 1985. Слуховое представление аутогенной песни в песенной системе белокоронковых воробьев. Труды Национальной академии наук США 82:5997-6000.
- ^ Марголиаш, Д. 1986. Предпочтение аутогенной песни слуховыми нейронами ядра песенной системы воробья с белой короной. Журнал неврологии 13: 4737-4747.
- ^ Ник, Т.А. и М. Кониши. 2005. Предпочтение нейронных песен во время обучения вокалу у зебры зависит от возраста и состояния. Журнал нейробиологии 62:231-242.
- ^ Джарвис, ЭД, и Ф. Ноттебом. 1997. Экспрессия генов, управляемая двигателем. Труды Национальной академии наук США 94:4097-4102.
- ^ Мелло, CV, DS Vicario и DF Clayton. 1992. Представление песни вызывает экспрессию генов в переднем мозге певчих птиц. Труды Национальной академии наук 89:6818-6822.
- ^ Болхейс, Дж. Дж., Г. Г. Зийлстра, А. М. Ден Бур-Виссер и Э. А. Ван дер Зее. 2000. Локальная активация нейронов в мозгу зебры связана с силой обучения песням. Труды Национальной академии наук США 97: 2282-2285.
- ^ Кониши, М., Т.Т. Такахаши, Х. Вагнер, В.Е. Салливан и К.Э. Карр. 1988. Нейрофизиологические и анатомические основы локализации звука у совы. В разделе «Слуховая функция». Г.М. Эдельман, В.Е. Галл и В.М. Коуэн, ред. Уайли: Нью-Йорк.
- ^ Розенблатт, КП, ЗП. Сан, С. Хеллер и А. Дж. Хадспет. 1997. Распределение Са2+-активируемых изоформ К+-каналов вдоль тонотопического градиента улитки курицы. Нейрон 19:1061-1075.
- ^ Коппл, К., Г. А. Мэнли и М. Кониши. 2000. Слуховая обработка птиц. Текущее мнение по нейробиологии 10: 474-481.
- ^ Феттиплейс, Р. и П.А. Фукс. 1999. Механизмы настройки волосковых клеток. Ежегодный обзор физиологии 61:809-834.
- ^ Браут, С.Э., В. Лян и У.С. Холл. 2006. Экспрессия zenk, управляемая контактным призывом и тонами, в овоидальном ядре волнистого попугайчика (Melopsittacus undulates). НейроОтчет 17:1407-1410.
- ^ Дутар, П., Дж. Петроццино и Х. Ву. 2000. Медленное синаптическое торможение, опосредованное активацией метаботропных глутаматных рецепторов каналов GIRK. Журнал нейрофизиологии 84: 2284-2290.
- ^ Амин, Н., П. Гилл и Ф. Теуниссен. 2010. Роль слухового таламуса зебры в создании сложных представлений о звуках природы. Журнал нейрофизиологии 104:784.
- ^ Бэйли, Д. и Дж. Роузбуш. 2002. Гиппокамп и каудомедиальный неостриатум демонстрируют избирательную реакцию на песню своего вида у самки зебры. Журнал нейробиологии 52:43-51.
- ^ Джордж, И., Х. Кусильяс и Дж. Ричард. 2008. Потенциальный нейронный субстрат для обработки функциональных классов сложных акустических сигналов. PLoS ONE 3:e2203.
- ^ Грейс, Дж., Н. Амин и Н. Сингх. 2003. Селективность в отношении песен определенного вида в слуховом переднем мозге зебры. Журнал нейрофизиологии 89:472-487.
- ^ Jump up to: а б Бауманс Т., К. Виньял и А. Смолдерс. 2008. Функциональная магнитно-резонансная томография у зебры позволяет распознать нервный субстрат, участвующий в отделении песни конкретного вида от фонового шума. Журнал нейрофизиологии 99:931-938.
- ^ Jump up to: а б Чу, С. и Д. Викарио. 1996. Система памяти большой емкости, распознающая крики и песни отдельных птиц. Труды Национальной академии наук 93: 1950-1955.
- ^ Jump up to: а б Сюй А., С. Вулли, Т. Фремоу и Ф. Теуниссен. 2004. Мощность модуляции и фазовый спектр естественных звуков улучшают нейронное кодирование, выполняемое отдельными слуховыми нейронами. Журнал неврологии 24:9201.
- ^ Гилл, П., С. Вулли, Т. Фремоу и Ф. Теуниссен. 2008. Что это за звук? CLM слуховой области кодирует удивление от стимула, а не его интенсивность или изменения. Журнал нейрофизиологии 99:2809.
- ^ Джордж, И., Х. Кусильяс и Дж. Ричард. 2008. Потенциальный нейронный субстрат для обработки функциональных классов сложных акустических сигналов. PLoS ONE 3:e2203.
- ^ Терпстра, Нью-Джерси, Дж. Дж. Болхейс и А. М. ден Бур-Виссер. 2004. Анализ нейронной репрезентации памяти песен птиц. Журнал неврологии 24: 4971-4977.
- ^ Гентнер, TQ и Д. Марголиаш. 2003. Популяции нейронов и отдельные клетки, представляющие изученные слуховые объекты. Природа 424:669-674.
- ^ Макдугалл-Шеклтон, Ю.А., С.Х. Халс и Г.Ф. Болл. 1998. Нейронные основы песенных предпочтений самок зебры (Taeniopygia Guttata). НейроОтчет 9:3047-3052.
- ^ Терпстра, Нью-Джерси, Дж. Дж. Болхейс, К. Рибель, Дж. М. ван дер Бург и А. М. ден Бур-Виссер. 2006. Локализованная активация мозга, специфичная для слуховой памяти у самок певчих птиц. Журнал сравнительной неврологии 494:784-781.
- ^ Вэй, Цзин; Лю, Цюаньсяо; Рибель, Катарина (01 сентября 2022 г.). «Обобщение ранее усвоенных предпочтений к песням-репетиторам у самок зебровых амадин (Taeniopygia Guttata)» . Поведенческие процессы . 201 : 104731. doi : 10.1016/j.beproc.2022.104731 . hdl : 1887/3494224 . ISSN 0376-6357 .
- ^ Миллер, Дэвид Б. (1 августа 1979 г.). «Многолетнее узнавание отцовской песни самками зебровых амадин» . Природа . 280 (5721): 389–391. дои : 10.1038/280389a0 . ISSN 1476-4687 .
- ^ Теуниссен, Ф., К. Сен и А. Дупе. 2000. Спектрально-временные рецептивные поля нелинейных слуховых нейронов, полученные с использованием звуков природы. Журнал неврологии 20:2315.
- ^ Теуниссен, Ф., С. Дэвид, Н. Сингх, А. Сюй, В. Винье и Дж. Галлант. 2001. Оценка пространственно-временных рецептивных полей слуховых и зрительных нейронов по их реакции на естественные стимулы. Сеть: Вычисления в нейронных системах 12:289-316.