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.
#нейротоля
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.
#нейротоля
About the language and singing of birds
Recently, there has been a lot of work, so there is not much time left for popular science posts. About a month ago, I was probably at the largest neuroscience conference in San Diego on the west coast. About 30,000 scientists from around the world participated in it. At one of the main lectures, we were told about the parallels between the singing of birds and the human language.
We still do not fully know how language learning takes place in the brain. It is known that children, gradually listening to the parents' speech, begin to little by little repeat them and gradually learn. But what exactly happens at this moment is extremely difficult to find out, since it requires direct measurements in the living brain. Of course, there are laboratories (http://sapience.dec.ens.fr/babylab/) that are engaged in recording the brain activity of young children until they begin to speak using the EEG (http: //www.scholarpedia .org / article / Electroencephalogram). However, this method does not allow us to see activity at the level of individual neurons and local networks, which greatly complicates the understanding of these processes. The fact is that the activity of individual neurons is simply not visible in the EEG signal, which registers the averaged activity of huge populations of neurons. At the same time, the processes of synaptic plasticity occur in individual neurons and their synapses, the activity of which is not visible in the averaged signal.
To understand a little about learning such a difficult skill as a language, some kind of animal model could obviously fit. But what kind of animals can help, because it would seem "real" only people say? The closest example of teaching complex vocal skills such as speech is bird singing. For example, a zebra amadina (https://ru.wikipedia.org/wiki/Zebra amadina) is capable of singing rather complex songs with a constant structure. Of course, the difference between human language and bird singing is huge, but the mechanisms for teaching skills are very similar. In particular, this is due to the fact that the reinforcement system is quite similar in both cases and is associated with the neurotransmitter dopamine (https://ru.wikipedia.org/wiki/Dopamine).
Sarah Woolley Lab (http://www.commneuro.psych.columbia.edu/) has long been engaged in studying Amadin singing and drawing parallels with the language. In the case of birdsong, the question may be asked - is singing skill congenital or learned? In order to answer it, they made a series of elegant experiments. The sharp-tailed (https://ru.wikipedia.org/wiki/Astrohvost_amadina) were added to the colony in which zebraadadns live, which sing completely different songs. Both of them get along well with each other, if there is enough space and resources. After pairs of pointed-tailed and zebra amadins laid eggs, the researchers quietly changed them among themselves. Thus, the chicks nestlings were in the zebra nest, and the zebra chicks were in the nests of the tailed. The researchers then waited for the chicks to grow up and learn to sing.
Why is singing so important for the Amadins? It is worth noting that only males sing songs, and females listen. For example, if you take a chick and raise without parents, then the males will not be able to sing in the right way. Of course, they will make sounds vaguely reminiscent of singing, but they will be completely different from the singing of adult birds. The correct song is important for the male because if he does not sing it correctly, the females simply will not want to mate with him. Apparently, this suggests that the male is not all right with his head, since he did not learn to sing normally, which means that the children will have the same problems. This mechanism is called sexual selection (https://ru.wikipedia.org/wiki/General selection). If you want to multiply - be able to sing beautifully.
As the chicks grew, they could hear the songs of their real and adoptive parents, as they lived in the same colony. In both cases, it turned out that the adopted sharp-tailed began to sing zebra songs, and the zebra sharp-tailed. In other words, despite the fact that the chicks listened to the songs of their biological parents throughout their childhood, as they grew up in the same colony, they learned to sing only the songs of their adoptive fathers. This finally confirmed the hypothesis that the song of Amadins is learned, and not laid down genetically. Then the researchers placed the electrodes in the part of the “cortex” (which, katati, the birds do not have, but there is a structure called pallium, which apparently works in a similar way http://www.pnas.org/content/112/11/3184 .full). By measuring the activity in the “cortex”, it turned out that the real zebra and pointed-tailed Amadins, who sing like zebras, turned out to be the same. Which sounds quite logical, given that they studied in a similar way, listening to the songs of those whom they considered their fathers. Thus, these experiments also confirmed that the learning mechanisms for bird singing are the same even at the neuronal level.
What can such studies tell us about human speech if we consider bird singing to be an adequate training model?
Recently, there has been a lot of work, so there is not much time left for popular science posts. About a month ago, I was probably at the largest neuroscience conference in San Diego on the west coast. About 30,000 scientists from around the world participated in it. At one of the main lectures, we were told about the parallels between the singing of birds and the human language.
We still do not fully know how language learning takes place in the brain. It is known that children, gradually listening to the parents' speech, begin to little by little repeat them and gradually learn. But what exactly happens at this moment is extremely difficult to find out, since it requires direct measurements in the living brain. Of course, there are laboratories (http://sapience.dec.ens.fr/babylab/) that are engaged in recording the brain activity of young children until they begin to speak using the EEG (http: //www.scholarpedia .org / article / Electroencephalogram). However, this method does not allow us to see activity at the level of individual neurons and local networks, which greatly complicates the understanding of these processes. The fact is that the activity of individual neurons is simply not visible in the EEG signal, which registers the averaged activity of huge populations of neurons. At the same time, the processes of synaptic plasticity occur in individual neurons and their synapses, the activity of which is not visible in the averaged signal.
To understand a little about learning such a difficult skill as a language, some kind of animal model could obviously fit. But what kind of animals can help, because it would seem "real" only people say? The closest example of teaching complex vocal skills such as speech is bird singing. For example, a zebra amadina (https://ru.wikipedia.org/wiki/Zebra amadina) is capable of singing rather complex songs with a constant structure. Of course, the difference between human language and bird singing is huge, but the mechanisms for teaching skills are very similar. In particular, this is due to the fact that the reinforcement system is quite similar in both cases and is associated with the neurotransmitter dopamine (https://ru.wikipedia.org/wiki/Dopamine).
Sarah Woolley Lab (http://www.commneuro.psych.columbia.edu/) has long been engaged in studying Amadin singing and drawing parallels with the language. In the case of birdsong, the question may be asked - is singing skill congenital or learned? In order to answer it, they made a series of elegant experiments. The sharp-tailed (https://ru.wikipedia.org/wiki/Astrohvost_amadina) were added to the colony in which zebraadadns live, which sing completely different songs. Both of them get along well with each other, if there is enough space and resources. After pairs of pointed-tailed and zebra amadins laid eggs, the researchers quietly changed them among themselves. Thus, the chicks nestlings were in the zebra nest, and the zebra chicks were in the nests of the tailed. The researchers then waited for the chicks to grow up and learn to sing.
Why is singing so important for the Amadins? It is worth noting that only males sing songs, and females listen. For example, if you take a chick and raise without parents, then the males will not be able to sing in the right way. Of course, they will make sounds vaguely reminiscent of singing, but they will be completely different from the singing of adult birds. The correct song is important for the male because if he does not sing it correctly, the females simply will not want to mate with him. Apparently, this suggests that the male is not all right with his head, since he did not learn to sing normally, which means that the children will have the same problems. This mechanism is called sexual selection (https://ru.wikipedia.org/wiki/General selection). If you want to multiply - be able to sing beautifully.
As the chicks grew, they could hear the songs of their real and adoptive parents, as they lived in the same colony. In both cases, it turned out that the adopted sharp-tailed began to sing zebra songs, and the zebra sharp-tailed. In other words, despite the fact that the chicks listened to the songs of their biological parents throughout their childhood, as they grew up in the same colony, they learned to sing only the songs of their adoptive fathers. This finally confirmed the hypothesis that the song of Amadins is learned, and not laid down genetically. Then the researchers placed the electrodes in the part of the “cortex” (which, katati, the birds do not have, but there is a structure called pallium, which apparently works in a similar way http://www.pnas.org/content/112/11/3184 .full). By measuring the activity in the “cortex”, it turned out that the real zebra and pointed-tailed Amadins, who sing like zebras, turned out to be the same. Which sounds quite logical, given that they studied in a similar way, listening to the songs of those whom they considered their fathers. Thus, these experiments also confirmed that the learning mechanisms for bird singing are the same even at the neuronal level.
What can such studies tell us about human speech if we consider bird singing to be an adequate training model?
У записи 23 лайков,
4 репостов.
4 репостов.
Эту запись оставил(а) на своей стене Анатолий Бучин
