Колибри – настоящее чудо природной инженерии. Эти крошечные живые существа могут парить в одном месте, с хирургической точностью приближаясь к цветкам, но не врезаясь в них. Как же у них это получается?

Механика полёта колибри изучена довольно исчерпывающе и глубоко, однако другим аспектам взаимодействия пташек с окружающим миром уделено не так уж много внимания. В частности, до сих пор учёные практически не рассматривали, как эти миниатюрные и чрезвычайно энергичные воздушные асы столь быстро и прецизионно умудряются порхать от цветка к цветку, чтобы отведать сладкого нектара. Главным источником информации о том, как мозг обрабатывает прикосновения и осязание окружающего мира, служат исследования мозга млекопитающих, однако структуры мозга птиц отличаются от них достаточно сильно. Учёные из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Королевского ветеринарного колледжа и Университета Британской Колумбии решили изучить то, как острота осязания колибри позволяет им без происшествий приближаться к цветкам на высокой скорости (относительно размеров и массы тела птиц).

Исследование американских учёных показало, что мозг колибри создаёт 3D-карту тела птицы, когда нейроны в двух регионах её переднего мозга регистрируют силу воздушного потока, который отражается от объекта перед птицей и касается перьев её крыльев и кожи ног. В этом процессе также участвуют специальные рецепторы на клюве, лице и голове птиц. Сила давления воздушного потока отображает то, насколько близко находится цветок или другой объект: эту информацию в режиме реального времени улавливают специализированные нервные клетки у основания перьев и на лишённой оперения коже ног. Обрабатывая эти данные, мозг птицы регулирует ориентацию её тела относительно объекта. Зебровые амадины, также изученные учёными в рамках данного исследования, имеют практически идентичную организацию сенсорной системы, но гораздо менее чувствительную. Это позволяет предположить, что таким образом мозг колибри адаптировался к более специфической динамике полёта.

Ранее учёные исследовали, как прикосновения обрабатывают различные виды птиц. Они обнаружили, что у большинства пернатых за прикосновения к лицу / голове и к остальному телу отвечают два разных участка переднего мозга. В то же время у сов центры осязания, которые у других птиц обрабатывали прикосновения к голове, были сосредоточены исключительно на восприятии ощущений лап и когтей. Поскольку колибри ведут совершенно отличный от совиного образ жизни, было бы глупо ожидать, что за их осязание будут отвечать те же участки мозга. Для исследования осязания колибри и амадин учёные поместили на их головы электроды, а затем прикасались к разным частям их тела ватными палочками или направленными потоками воздуха. Компьютер усиливал сигналы с электродов и преображал их в звуковые сигналы для удобства анализа. Исследователи могли в режиме реального времени наблюдать, как нейроны в мозгу пташек срабатывают в ответ на прикосновения.

Эксперимент подтвердил, что у обоих видов воздействия на голову и тело обрабатываются разными зонами переднего мозга. Кроме того, с его помощью учёные впервые обнаружили, что давление воздуха активирует специфические кластеры нейронов в этих зонах. В ходе осмотра крыльев исследователи идентифицировали особые сети нервных клеток, которые регистрируют силу дуновения ветра на перьях и отправляют соответствующий сигнал в мозг животного. Самые крупные кластеры нейронов срабатывали при стимуляции воздухом краешков крыльев, вероятно, позволяя птице менять своё положение в полёте в соответствии с близостью к некоему объекту. Учёные также заметили, что лапы колибри отличаются чрезвычайной чувствительностью к прикосновениям, что также сопровождается выраженной мозговой активностью и может служить частью механизма посадки. Возможно, эти участки мозга являются ещё более развитыми и чувствительными у попугаев и других птиц, которые более активно используют лапы для взаимодействия с пищей, игрушками и пр.

По словам исследователей, изучение осязания разных видов животных служит источником ценной информации, которую можно было бы использовать для развития технологий и сенсоров для робототехники, автономных устройств и протезов конечностей. К тому же понимание мироощущения на уровне животных необходимо для разработки более бережных практик взаимодействия с ними.

Источник: Variations in touch representation in the hummingbird and zebra finch forebrain / Andrea H. Gaede Pei-Hsuan Wu Duncan B. Leitch