I fringuelli di zebra sono così bravi a cantare, che potrebbero farlo nel sonno. E, secondo gli scienziati, fanno di tutto tranne che: mentre dormono, i fringuelli di zebra accendono le regioni del cervello e vibrano le loro corde vocali in modo da imitare il risveglio della guerra.
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Negli ultimi due decenni, gli scienziati hanno scoperto che il sonno è una parte fondamentale del repertorio di apprendimento delle canzoni dei fringuelli zebra. I fringuelli non nascono arie da cintura; invece, imparano le loro canzoni durante l'adolescenza, praticando e armeggiando sotto la supervisione di un tutor adulto. Il tutor guiderà pazientemente per i suoi studenti, che pronunceranno le loro vocalizzazioni provvisorie. Ascoltare le proprie voci sembra essere un elemento cruciale per i piccoli fringuelli di zebra mentre provano da soli le note e le sillabe.
Certamente la pratica rende perfetti, ma ancora più cruciali? Una buona notte di sonno.
Dopo una dura giornata a scuola, ogni fringuello zebra si dirige a letto con la musica nella mente, al punto che il suo cervello sfarfallerà dentro e fuori dagli stessi schemi che si verificano durante le sessioni di pratica quotidiana. Anche le sue corde vocali vibrano, ma non producono alcun suono: gli uccelli non spingono abbastanza aria attraverso la gola per generare rumore udibile.
I ricercatori teorizzano che, in effetti, gli uccelli sognano il canto, più la sincronizzazione labiale del sonno che il canto del sonno. Ciò può avere molto a che fare con la cristallizzazione e il rimodellamento del materiale appreso dai loro tutor, un fenomeno paragonabile allo snoozing che immagazzina ricordi e informazioni nell'archivio a lungo termine. Al mattino, i fringuelli si svegliano intontiti e disorientati, balbettando leggermente meno coerentemente rispetto al giorno precedente, ma col passare del tempo, le loro canzoni migliorano.
Gli scienziati pensano che studiare come gli uccelli usano il sonno per imparare le loro canzoni può aiutarci a comprendere il misterioso processo di acquisizione del linguaggio umano. Come il linguaggio umano, le melodie del canto degli uccelli sono intricate e complesse e persino attivano percorsi cerebrali e muscoli molto simili a quelli umani.
"Ho fatto questo sogno folle ieri sera ma ho dimenticato di scriverlo." (Flickr / Cathy) Ma studiare il paesaggio da sogno di un fringuello di zebra addormentato non è un'impresa facile: non è che possiamo spingere gli uccelli svegli e chiedere. Per comprendere meglio il funzionamento interno di questi sonnolenti birdbrains, il gruppo di ricerca di Gabriel Mindlin dell'Università di Buenos Aires ha deciso di fare un ulteriore passo avanti nella catena del comando musicale. I cervelli controllano il comportamento, ma c'è un intermediario muscoloso tra i due. Per tradurre lo schema nel cervello in una serenata in piena regola, l'organo vocale di un uccello deve prima eseguire gli ordini di marcia. Insieme ai suoi colleghi, Mindlin, un professore di biofisica che studia la meccanica del canto degli uccelli, ha progettato un sistema per misurare direttamente l'attività dei muscoli coinvolti.
In un precedente lavoro, il suo gruppo di ricerca, in collaborazione con scienziati dell'Università dello Utah, ha scoperto che i fringuelli di zebra muovono i loro muscoli vocali in sincronia con l'attività simile a una canzone nel cervello, indicando che la lettura dei muscoli potrebbe essere un buon proxy per sbirciare nelle fantasticherie melodiche degli uccelli.
"Ora invece di guardare una cellula [cervello] alla volta, possiamo vedere l'output dell'intero sistema, ed è molto eccitante", afferma Daniel Margoliash, professore di neurobiologia all'Università di Chicago che ha studiato canto degli uccelli per oltre tre decenni. Margoliash ha precedentemente collaborato con il gruppo di Mindlin ma non è stato coinvolto in questi studi.
Lo studio ha anche scoperto che il sonno non era solo il momento di provare, ma potrebbe anche dare agli uccelli la possibilità di improvvisare tranquillamente nuove melodie. I muscoli vocali degli uccelli sembrano andare leggermente frizzanti di notte, componendo canzoni silenziose che non si attaccano alle sceneggiature diurne. Questa nuova ricerca è stata in grado di catturare le variazioni che i precedenti studi sul cervello non potevano e suggerisce che la mente musicale serpeggia quando i fringuelli di zebra annuiscono.
Per Mindlin, questo è stato enorme. "Ora abbiamo un modello che non ha bisogno del cervello", afferma.
La scorsa settimana, in due nuovi studi, il gruppo di Mindlin espande le proprie ricerche. Entrambi gli studi si concentrano sul modo in cui gli scienziati studiano i muscoli vocali dei fringuelli, nella speranza di svelare più segreti del cervelletto addormentato.
In primo luogo, gli scienziati guidati da Juan Doppler, un fisico che lavora sotto la supervisione di Mindlin, volevano facilitare lo studio dei muscoli degli uccelli. Concentrarsi sui muscoli può essere un modo più diretto per catturare i meccanismi delle serenate dello snoozing, ma non è ancora facile. I fringuelli di zebra adulti devono sottoporsi a un intervento chirurgico per consentire agli scienziati di collegare elettrodi a più muscoli.
Tuttavia, mentre si ritiene che questi muscoli controllino direttamente i singoli aspetti della produzione della canzone, ad esempio il tono del suono prodotto, devono anche lavorare insieme. Molti sono fisicamente collegati, incluso un muscolo particolarmente importante chiamato syringealis ventralis, che è noto per controllare la frequenza di una canzone.
Il team ha scoperto che la misurazione dell'attività della sola siringa ventrale potrebbe catturare in modo affidabile la dinamica delle ballate di canto degli uccelli quasi con la stessa precisione della vecchia tecnica di misurazione di più muscoli. Come previsto, l'attività del muscolo conteneva informazioni sulla frequenza, ma poteva anche prevedere l'inizio e la fine dei motivi musicali con una precisione superiore al 70%.
"Ci stiamo allontanando dal concentrarci completamente sul cervello e sui neuroni e prestando attenzione anche alla biomeccanica, dove vengono elaborate le informazioni del sistema nervoso", afferma Doppler. “Questa è un'idea potente. In alcuni casi, guardare la biomeccanica può darti spunti che non sono così chiari nel sistema nervoso. "
Con il sistema più semplice di Doppler, descritto nella rivista Chaos, i ricercatori possono studiare più facilmente le canzoni dei sogni degli uccelli; inoltre, comprendere la meccanica di questo potente muscolo può anche informare su come il sistema vocale funziona come un'unità funzionale.
"Le caratteristiche del muscolo sanguinano davvero", afferma Katherine Tschida, neurobiologa alla Duke University che ha studiato l'apprendimento delle canzoni nei fringuelli di zebra. "È possibile ottenere una lettura da un singolo muscolo [su] molte caratteristiche diverse, nonostante il fatto che il muscolo non sia principalmente il driver funzionale del sistema." Tschida, che non era coinvolto nel lavoro, ha anche elogiato il studio per la sua metodologia di "alta qualità".
Questo diagramma mostra l'attivazione dei muscoli siringi in un fringillide durante il canto (sopra) e di notte (grigio, sotto). (Young et. Al., In PeerJ (2017)) Nel secondo studio, un gruppo guidato da Alan Bush, anch'egli fisico del gruppo di Mindlin, ha scoperto che potevano manipolare gli uccelli per flettere i loro muscoli vocali suonando loro versioni delle loro canzoni mentre dormivano, una forma di ipnosi armonica. Bush era ansioso di studiare gli schemi di come i muscoli sparavano effettivamente nel sonno. Per lui, l'organo vocale non è solo un burattino che esegue l'insieme di istruzioni del cervello del cervello - piuttosto, è un legame creativo tra cervello e comportamento che può aggiungere le proprie campane e fischietti al prodotto finale. "Gran parte della complessità del sistema proviene effettivamente dalla periferia, dove si trovano i muscoli", spiega.
Bush e i suoi colleghi hanno scoperto che quando i muscoli sono spinti in attività, si comportano in un modo tutto o niente. Quando suonavano frammenti di se stessi trillando melodie, i muscoli degli uccelli si contraevano in modo affidabile. Anche le versioni sintetiche di queste canzoni, remixate in laboratorio, a volte potrebbero suscitare risposte di organo vocale. Spesso i muscoli erano fermi, ma quando erano spinti a flettersi, eseguivano la sequenza di sparo completa di una vocalizzazione.
Gli scienziati affermano che questa conoscenza apre nuovi modi per studiare come la muscolatura musicale viene stimolata all'azione.
A causa dell'invasività dell'intervento, Mindlin e il suo team sono stati solo in grado di testare le risposte muscolari dei fringuelli zebra adulti. Tuttavia, futuri esperimenti con tecnologie più avanzate potrebbero far luce sugli stati di sogno dei giovani uccelli. Tali scoperte potrebbero confermare ricerche precedenti su come i fringuelli di zebra adolescenti giocano con gli insegnamenti del loro tutor e aggiungono i loro tocchi personali durante il sonno. Ma quale scopo potrebbe servire questo negli adulti, che hanno già imparato le loro melodie?
Margoliash pensa che si tratti di mantenere la competenza. "Se vuoi raggiungere un livello di precisione molto elevato, devi lavorare per arrivarci e fare pratica per rimanere lì", spiega. "I fringuelli zebra — e gli umani — devono esercitarsi per mantenere la qualità delle prestazioni che raggiungiamo."
Un giorno, con le forze combinate di neuroscienze e biofisica, gli scienziati potrebbero effettivamente essere in grado di fare un tuffo più profondo nei canti del sonno. La tecnologia non è stata all'altezza del compito, ma sta diventando sempre più potente ogni giorno che passa. Fino ad allora? Continua a sognare.
