研究揭示鸟类鸣叫始终悦耳的奥秘

2019-03-30 14:59:52

  鸣禽总是可以不费力气地发出悦耳的叫声,但实际上,这是终生严格训练和修正的结果。美国科学家的最新研究进一步证实,高度熟练技巧的微小波动变化是让鸟儿叫声能够始终悦耳的根本条件。这一发现也有助于解释为何人类能够长期保持高精度的运动技巧,比如运动员和音乐家。相关论文发表在12月20日的《自然》杂志上。

  领导该项研究的是美国加州大学旧金山分校的MichaelBrainard,他和同事针对成年白腰文鸟(bengalesefinch,一种小型雀类)的研究表明,自然波动是许多动物固有的一种内嵌(bulid-in)机制,它能够让神经系统拥有多样化的选择,从而向达到或维持最优运动技巧的目标前进,即使在机体发生老化或者伤病时。

  论文第一作者EvrenTumer表示,“许多科学家认为,神经系统无法高度精确地控制身体运动,因为毕竟我们不是机器。但新的研究却说明,微小的波动变化能够为维持运动技巧做出贡献。”他举例说,“高尔夫球手的完美挥杆动作并不需要他的体内和外界是绝对静态的环境,相反,机体系统中总有微小的因素在不断改变,比如肌肉的疲劳程度。为了保持最佳运动姿态,神经系统需要持续地‘试验’,从而进行一些修正。”

  科学家通过长期研究已经发现,鸣禽的声调是一项相当复杂的技巧,保持着高度刻板的一致性。通常雏鸟需要数月的时间来练习声音,它们首先记住父辈的音调,随后在丰羽期不断尝试各种发声,并与记忆中父辈的声调对比。在这一过程中,鸟儿通过听觉反馈,持续地对声音进行微调,直至最后达到稳定甚至近乎固定化(crystallized)的声音。而对成鸟而言,它们也需要通过听觉反馈来维持歌声。在此前的研究中,Brainard发现如果鸟儿是聋的或者通过干涉混淆它们的听觉反馈,它们声音的保真度将大打折扣。

  不过,鸣禽通过听觉反馈进行声音调制是否能够以一种可预见的方式进行,仍旧是个未解之谜。为此,在最新研究中,Tumer和Brainard利用计算机系统监控了白腰文鸟目标音调片段的微弱自然波动,而后用短脉冲的白噪音对其施加干扰性听觉反馈。结果发现,鸟儿发生了“立竿见影”的反应,它们尽力改变声调,避免再听到该噪音。而这一改变音节恰巧就发生在监控的目标片段。Tumer说,“这太神奇了。这项研究首次证实了,你可以‘捕获’这种高度熟练的运动行为,并且按照预定的方式改变它。”

  Brainard此前的一些研究还有更有趣的发现。当雄性鸣禽在向异性歌唱时,声音的可变性会大大减弱。研究人员推测,这可能是由于压力的原因,即环境引发特定神经化学递质释放,并作用于神经中枢,增强了声音的维持能力。

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