Под бескрайним синим простором океана рассекает воду дельфин. Он издаёт серии высокочастотных щелчков — резких звуковых импульсов, которые распространяются в море.
Когда эти щелчки сталкиваются с рыбой, коралловым рифом или другим животным, эхо возвращается обратно. Внимательно прислушиваясь, дельфин создаёт подробную картину своего окружения — не зрением, а звуком.
Эта способность, называемая эхолокацией, похожа на встроенную систему подводного радара. Зубатые киты (включая дельфинов) могут определять размер, форму, расстояние и даже текстуру рыб, камней или других морских существ вокруг себя, просто слушая эхо.
Люди не могут слышать эти щелчки — они слишком высокочастотны. Но для дельфинов это способ ориентироваться, охотиться и исследовать.
Возникает большой вопрос: как их мозг делает эхолокацию возможной?
Новое исследование, опубликованное в PLOS ONE, делает шаг к ответу на этот вопрос, сравнивая мозг дельфинов, использующих эхолокацию, с мозгом их родственников, не обладающих такой способностью, — усатых китов.
Не все киты используют эхолокацию. Около 90 % принадлежат к группе зубатых китов, включая дельфинов, косаток, белуг, кашалотов и нарвалов, которые используют эхолокацию для восприятия окружающей среды. Остальные — усатые киты, такие как горбачи и синие киты, которые полагаются на низкочастотные звуки, пение и другие чувства.
«Наше исследование было направлено на понимание того, как пути передачи слуховой информации различаются у дельфинов, использующих эхолокацию, и у китов, не обладающих такой способностью», — говорит ведущий автор Софи Флем, эксперт по морским млекопитающим. «У людей, приматов, грызунов и собак у нас есть хорошо установленные карты того, какие части мозга отвечают за какой вид обработки. У дельфинов таких карт пока нет, а их мозг поразительно необычен по сравнению с мозгом наземных животных».
Команда сосредоточилась на части мозга, называемой нижним двухолмием — своего рода перекрёстке, где звуковые сигналы проходят по пути к более сложным областям обработки. Это структура, которая есть у людей и большинства животных.
Чтобы изучить её, исследователи использовали визуализацию мозга с высоким разрешением на трупах дельфинов и усатых китов, которые погибли естественным образом. Они проследили пути, по которым звук проходит через мозг к коре головного мозга — области, которая до сих пор во многом остаётся загадкой у дельфинов.
Ожидания и открытия
Исследователи ожидали, что у дельфинов будут более сильные связи, обрабатывающие звук, чем у усатых китов. Но, к своему удивлению, они обнаружили, что, хотя у дельфинов было больше областей коры, связанных со звуком, эти связи не были сильнее. Вместо этого самая большая разница обнаружилась дальше по пути — в связях от нижних двухолмий к мозжечку.
Мозжечок наиболее известен контролем равновесия и движения. Но в последние годы учёные обнаружили, что он также имеет решающее значение для быстрого принятия решений и прогнозирования взаимодействия тела и окружающей среды.
«Представьте себе, как вы нащупываете выключатель света в тёмной комнате или используете осязание, чтобы определить, какой предмет находится в тёмном пакете», — объясняет соавтор Питер Тьяк. «Дельфины используют эхолокацию для взаимодействия с окружающим миром, и, в отличие от слуха и зрения, они должны производить энергию, которая затем возвращается к их сенсорным рецепторам — эхолокация — это часть слуха и часть вокализации».
«Представьте себе, как вы двигаете рукой, чтобы получить обратную связь от осязания, которая позволит вам найти выключатель света. Аналогично дельфины перемещают свой эхолокационный луч, чтобы получить необходимую им обратную связь для функционирования в тёмной подводной среде».
Другими словами, эхолокацию дельфины не просто получают — они контролируют её. Это активный процесс. Они направляют свои сонарные щелчки, как фонариком, и интерпретируют возвращающиеся эхо в режиме реального времени. Это требует координации между звуком и движением.
«Сравнительные нейробиологи давно хотели изучить закономерности связей внутри мозга дельфинов и китов, полагая, что уникальная эволюционная история этих видов даст новое понимание того, как развивается мозг», — говорит старший автор Питер Кук, доцент кафедры науки о морских млекопитающих в Нью-Колледже во Флориде. «Технологии наконец-то появились, чтобы начать разбираться в этих загадочных нервных системах и выяснить, как они работают».
«Теперь, когда мы можем этично заглянуть внутрь мозга этих животных, мы только начали их изучать».
Исследование открывает новое окно в том, как у таких животных, как дельфины, могла развиться уникальная схема подключения мозга, помогающая им процветать в тёмном, наполненном эхом подводном мире.