Физик Габриэль Миндлин из Университета Буэнос-Айреса в Аргентине рассматривал явления с одной из наиболее объединяющих и потенциально поучительных перспектив проблемы: динамической физики голосовых органов птиц. В своем недавнем углубленном обзоре темы, опубликованном на этой неделе в журнале Chaos от AIP Publishing, он исследует роль фундаментальных физических свойств в акустической сложности пения птиц и их связь с нейронными инструкциями по их воспроизведению. .«Мой главный вопрос был: какая часть этого сложного явления, этого сложного поведения обусловлена физикой и задействованными биомеханизмами, а какая — конкретными нейронными структурами, которые его контролируют», — сказал Миндлин. «Мой фон — нелинейная динамика; поэтому я был готов признать, что многие сложности поведения могут быть связаны с тем фактом, что голосовой аппарат был нелинейным устройством и, следовательно, даже с простыми параметрами можно было описать сложное поведение».Основываясь на экспериментальных результатах прямых наблюдений, в том числе в исследовании, в котором использовалась миниатюрная система датчиков, установленная на спине птицы для измерения изменений давления в воздушном мешочке ее легких, Миндлин рассматривает ключевые структурные параметры, связанные с созданием песни.
«У певчих птиц общие черты в том, как они создают свои песни, поэтому вы можете построить объединяющую модель, и большинство акустических различий, которые они могут достичь, связаны с областью в пространстве параметров, в которой они работают», — сказал Миндлин. «Есть некоторые универсальные особенности, которые сохраняются у разных видов».Из прямых свидетельств акустики и биомеханики Миндлин и его коллеги построили модели этого пространства параметров для описания точных нелинейных динамических свойств, управляющих процессом. Остерегаясь потенциального скептицизма со стороны биологического сообщества, он также тестировал модели, воссоздавая песни и используя их для изучения реакции птиц аналогично более ранним исследованиям, в которых использовались фактические записи песен.
Используя синтетические пения птиц, Миндлин и его сотрудники смогли воссоздать большую часть нейронного ответа у зебровых вьюрков, который был измерен при использовании записей их настоящих песен. Эти нейронные сигнатуры и то, как они связаны с производством звука, дают много возможностей для понимания нейробиологии языкового производства, а также, что может быть удивительно, более чисто фундаментальной физики.
«Интересно то, что это открывает перед физическим сообществом множество вопросов, как перейти от нейрона к коллективной деятельности мышечных волокон и микроскопическому контролю биомеханики. Это открытый вопрос для статистической механики, не находящейся в равновесии», — сказал Миндлин. .