Каноническая корковая микросхема мозга млекопитающих управляет потоком информации между слоями мозга и порождает сложные формы поведения. Исследователи из Колумбийского университета предположили, что эта микросхема также существует в птичьем мозге, несмотря на то, что физиология птичьего мозга не характеризуется такой же многоуровневой архитектурой, как мозг млекопитающих. Они опубликовали свои результаты в Proceedings of the National Academy of Sciences в статье под названием "Принципы кодирования канонической корковой микросхемы головного мозга птиц."
Когнитивные способности птиц подтверждены многочисленными экспериментами. Корвиды, такие как вороны, грачи и сойки, демонстрируют множество сложных форм поведения, аналогичных поведению млекопитающих, в том числе:
Тем не менее, анатомическая структура мозга птиц значительно отличается от мозга млекопитающих. В то время как мозг млекопитающих имеет ламинарную или многослойную структуру, птичий паллий вместо этого состоит из взаимосвязанных ядер с полосами нейронов, которые содержат области обработки.
Сравнительное неврологическое исследование
Чтобы сравнить функции этих различных птичьих структур с функциями млекопитающих, исследователи записали активность слуховых нейронов в головном мозге шести неанестезированных самцов зебра-зябликов. Они вызвали нервные реакции у птиц, представив 10 различных образцов песен зябликов, записав нервные реакции в слуховой коре и в хвостовом нидопаллии, вторичной слуховой области коры. Каждый из 10 образцов был представлен от 30 до 40 раз в псевдослучайном порядке.
Исследователи зафиксировали всплески нейронной активности в ответ на звуковые образцы:
Исследователи также изучили такие характеристики, как поля спектрально-временной задержки, задержка ответа для каждого нейрона, а также разделимость и линейность рецептивного поля. Анализ результатов показывает, что различия в кодировании популяций в областях мозга, классах нейронов и на пространственных расстояниях в головном мозге птиц существенны "поразительно похожи на те, что в неокортексе."
Известно, что неокортекс млекопитающих состоит из двух основных классов нейронов: возбуждающих основных клеток (ПК) и тормозных интернейронов (ИН). ПК срабатывают с широким потенциалом действия на низких скоростях; ИН активируют узкие потенциалы действия с более высокими скоростями. Чтобы определить, была ли слуховая кора птиц упорядочена таким же образом, исследователи использовали кластерный анализ, основанный на форме потенциала действия, и обнаружили, что оба класса нейронов присутствуют в головном мозге птиц.
Характеризуя активность в определенных сенсорных областях, исследователи определили, что шесть дискретных областей мозга в птичьем мозгу соответствуют определенным кортикальным слоям в головном мозге млекопитающих. Как и в сенсорной коре головного мозга млекопитающих, таламические проекции на первичную слуховую соматосенсорную кору головного мозга птиц заканчиваются в основном в промежуточной области и редко – в глубокой области. Используя многоэлектродные матрицы, они дополнительно определили, что иерархическая обработка является главной особенностью слуховой микросхемы птиц, отображающей те же действия по обработке информации, которые наблюдаются в моделях млекопитающих на животных.
Авторы резюмируют свои выводы с тремя выводами:
Чтобы объяснить свои результаты, они ссылаются на гипотезу гомологии эволюции мозга. Это говорит о том, что каноническая кортикальная микросхема возникла у общего предка как млекопитающих, так и птиц, и ее функции сохранялись даже при расхождении в архитектуре типов мозга. "Если так," они пишут, "затем микросхема эволюционировала в стволовых амниотах и предшествовала кортикальному расслоению, по крайней мере, на 100 миллионов лет."
В качестве альтернативы они предполагают, что эволюция паллиума птиц и млекопитающих сошлась на той же организации нейронных цепей, что и простейшая архитектура для соматосенсорной обработки. Они пишут, "Независимо от этих альтернатив, это исследование обеспечивает физиологическое объяснение эволюции нервных процессов, которые приводят к сложному поведению в отсутствие ламинации."