Исследователи из Университета Дьюка обнаружили, что дофамин играет ключевую роль в процессе обучения зебровых амадин пению, даже когда отсутствуют внешние награды. Нейробиолог Ричард Муни, изучающий пение птиц уже 40 лет, вместе с коллегами раскрыл механизмы, лежащие в основе внутренней мотивации к совершенствованию навыков.
Опубликованное в журнале Nature исследование, первым автором которого стала Цзясюань Ци, проводившая работу в рамках своей докторской диссертации по нейробиологии в Университете Дьюка, показало, что самцы зебровых амадин получают химический «сигнал успеха» в мозге, когда их песенная практика улучшается.
Процесс обучения зебровых амадин впечатляет своей интенсивностью. Только самцы этих птиц поют, и начинают они с прослушивания песен своих отцов. Затем следует период невероятно интенсивной практики — примерно 10 000 повторений песни ежедневно. Полный цикл обучения занимает около трех месяцев с момента вылупления до достижения мастерства, причем примерно один месяц ежедневной практики требуется для полного освоения песни.
Для проведения исследования ученые поместили молодых самцов зебровых амадин в индивидуальные звуконепроницаемые комнаты и использовали машинное обучение для анализа тысяч исполнений песен. Профессор нейробиологии Джон Пирсон и его коллеги применили сенсоры из генетически модифицированных белков для отслеживания выброса дофамина в мозге птиц.
Ключевым открытием стало то, что уровень дофамина в базальных ганглиях птиц повышается каждый раз, когда они практикуются в пении. Однако особенно сильный всплеск дофамина происходит, когда птицы исполняют песню лучше, чем обычно для своего возраста. «Это похоже на внутреннюю систему вознаграждения, которая говорит птице: 'Это было хорошо, делай так снова'", — объясняет Муни.
Исследователи также обнаружили, что ацетилхолин может вызывать выброс дофамина в мозге птицы во время пения. Когда ученые блокировали передачу сигналов дофамина или ацетилхолина, прогресс обучения останавливался. Интересно, что птицы продолжали петь, но не могли улучшить свое исполнение.
Эти открытия имеют широкие последствия для понимания обучения у различных видов, включая людей. Базальные ганглии и нейрохимические вещества, такие как дофамин и ацетилхолин, присутствуют у всех позвоночных, что позволяет переносить результаты исследований на мышей, приматов и людей. «Мы видим одни и те же механизмы, работающие в мозге птиц, мышей и людей», — отмечает Пирсон.
Исследование может помочь лучше понять, как люди осваивают моторные навыки, такие как речь или игра на музыкальных инструментах. Оно также может иметь отношение к неврологическим расстройствам, таким как болезнь Паркинсона и шизофрения, которые связаны с дисфункцией дофаминовой системы.
Методы, использованные в исследовании, включали передовые технологии: модели машинного обучения для анализа и оценки попыток пения, сенсоры из генетически модифицированных белков для отслеживания выброса нейрохимических веществ и введение препаратов для блокирования конкретных нейромедиаторов с целью проверки их роли в обучении.
Это исследование проливает свет на фундаментальный вопрос: как мозг мотивирует нас учиться и совершенствоваться без внешних наград? Ответ, по-видимому, кроется в тонкой химии мозга, которая вознаграждает нас за прогресс, даже когда никто другой этого не делает.
Изображение носит иллюстративный характер
Опубликованное в журнале Nature исследование, первым автором которого стала Цзясюань Ци, проводившая работу в рамках своей докторской диссертации по нейробиологии в Университете Дьюка, показало, что самцы зебровых амадин получают химический «сигнал успеха» в мозге, когда их песенная практика улучшается.
Процесс обучения зебровых амадин впечатляет своей интенсивностью. Только самцы этих птиц поют, и начинают они с прослушивания песен своих отцов. Затем следует период невероятно интенсивной практики — примерно 10 000 повторений песни ежедневно. Полный цикл обучения занимает около трех месяцев с момента вылупления до достижения мастерства, причем примерно один месяц ежедневной практики требуется для полного освоения песни.
Для проведения исследования ученые поместили молодых самцов зебровых амадин в индивидуальные звуконепроницаемые комнаты и использовали машинное обучение для анализа тысяч исполнений песен. Профессор нейробиологии Джон Пирсон и его коллеги применили сенсоры из генетически модифицированных белков для отслеживания выброса дофамина в мозге птиц.
Ключевым открытием стало то, что уровень дофамина в базальных ганглиях птиц повышается каждый раз, когда они практикуются в пении. Однако особенно сильный всплеск дофамина происходит, когда птицы исполняют песню лучше, чем обычно для своего возраста. «Это похоже на внутреннюю систему вознаграждения, которая говорит птице: 'Это было хорошо, делай так снова'", — объясняет Муни.
Исследователи также обнаружили, что ацетилхолин может вызывать выброс дофамина в мозге птицы во время пения. Когда ученые блокировали передачу сигналов дофамина или ацетилхолина, прогресс обучения останавливался. Интересно, что птицы продолжали петь, но не могли улучшить свое исполнение.
Эти открытия имеют широкие последствия для понимания обучения у различных видов, включая людей. Базальные ганглии и нейрохимические вещества, такие как дофамин и ацетилхолин, присутствуют у всех позвоночных, что позволяет переносить результаты исследований на мышей, приматов и людей. «Мы видим одни и те же механизмы, работающие в мозге птиц, мышей и людей», — отмечает Пирсон.
Исследование может помочь лучше понять, как люди осваивают моторные навыки, такие как речь или игра на музыкальных инструментах. Оно также может иметь отношение к неврологическим расстройствам, таким как болезнь Паркинсона и шизофрения, которые связаны с дисфункцией дофаминовой системы.
Методы, использованные в исследовании, включали передовые технологии: модели машинного обучения для анализа и оценки попыток пения, сенсоры из генетически модифицированных белков для отслеживания выброса нейрохимических веществ и введение препаратов для блокирования конкретных нейромедиаторов с целью проверки их роли в обучении.
Это исследование проливает свет на фундаментальный вопрос: как мозг мотивирует нас учиться и совершенствоваться без внешних наград? Ответ, по-видимому, кроется в тонкой химии мозга, которая вознаграждает нас за прогресс, даже когда никто другой этого не делает.
