Долгое время ученые считали, что эволюция мозга у позвоночных шла по единому пути, линейно развиваясь и приводя ко все более сложным структурам. Считалось, что млекопитающие и птицы, в частности, унаследовали от общего предка сходные схемы нейронов, а различия в сложности зависели от вида. Новое исследование опровергает эту общепринятую точку зрения.
Сложный мозг без общего наследия
В центре этого открытия находится паллиум — область мозга, необходимая для развития когнитивных функций. У млекопитающих он дает начало неокортексу, отвечающему за мышление, память и принятие решений.
Долгое время считалось, что птицы и млекопитающие имеют сопоставимые паллиумы, различающиеся в основном степенью сложности. Это предположение было основано на исследованиях, показавших поразительные интеллектуальные способности некоторых видов птиц, таких как вороны и попугаи, способных к планированию, социальному обучению и даже использованию инструментов.
Однако новое исследование показывает, что это сходство обманчиво. Хотя мозг птиц и млекопитающих выполняет схожие функции, их эмбриональное развитие и клеточная структура совершенно различны. Иными словами, птицы развили сложный мозг самостоятельно, не пройдя тот же эволюционный путь, что и млекопитающие.
Два исследования, которые меняют наше представление о птичьем мозге
Последние открытия были сделаны в ходе двух взаимодополняющих исследований, в которых использовались передовые технологии для изучения механизмов, лежащих в основе эволюции мозга птиц и млекопитающих. Эти инструменты включают пространственную транскриптомику, анализ отдельных клеток и математическое моделирование, что позволило точно определить различия в развитии нейронов у этих групп животных.
Первое исследование было посвящено эмбриональному развитию мозга. Оно показало, что нейроны в паллиуме — ключевой области мозга, участвующей в когнитивных функциях, — появляются в разное время и в разных местах у птиц и млекопитающих.
Как объясняет доктор Фернандо Гарсия-Морено, «их нейроны рождаются на разных стадиях развития», что доказывает, что эти нейроны не происходят от общего предка, а развивались независимо друг от друга. Кроме того, гены, участвующие в формировании цепей нейронов, различаются у разных видов, что говорит о том, что, несмотря на схожие функции, каждая группа прошла уникальный генетический путь для создания своего мозга.
Во втором исследовании изучались типы клеток мозга у птиц, млекопитающих и рептилий с помощью углубленного анализа отдельных клеток. Исследователи определили гены, экспрессируемые каждым типом нейронов, и сравнили их генетические подписи.
Результаты показали, что у птиц сохранились тормозные нейроны, общие с позвоночными, но их возбуждающие нейроны, необходимые для обработки информации, развились независимо от млекопитающих. Лишь несколько типов нейронов, в частности в клауструме и гиппокампе, имеют сходство между птицами и млекопитающими, в то время как большинство нейронов сильно различаются. Это позволяет предположить, что мозг птиц и млекопитающих не является гомологичным, а развивался в процессе конвергенции, в результате чего возникли структуры мозга, функционально сходные, но возникшие в результате разных эволюционных траекторий.
Что это значит для нашего понимания мозга
Результаты этих исследований отчасти объясняют, почему, несмотря на разную архитектуру мозга, некоторые птицы могут соперничать с приматами по уровню интеллекта. Птицы способны к рассуждениям, сложному обучению и продвинутому общению — навыкам, которые обычно ассоциируются с более развитым мозгом, например, млекопитающих. Это открытие бросает вызов нашим предвзятым представлениям о когнитивных способностях животных и демонстрирует, что интеллект присущ не только млекопитающим с большим или более сложным мозгом, но и может проявляться в различных формах организации нейронов.
Эти открытия также открывают новые перспективы в нескольких областях исследований. Во-первых, в нейронауке понимание различий в траекториях развития мозга у птиц и млекопитающих может помочь лучше определить факторы, влияющие на нарушения нейроразвития. Изучая, как у разных видов развиваются сложные мозги, исследователи смогут лучше понять биологические основы когнитивных и поведенческих расстройств.
Наконец, в области искусственного интеллекта это открытие открывает возможность изучения новых нейронных архитектур, вдохновленных схемами мозга птиц. Вдохновившись нейронными стратегиями, используемыми разными видами, исследователи смогут разработать альтернативные нейронные сети, потенциально более эффективные для определенных приложений, таких как распознавание образов или контролируемое обучение.
