Les pinsons zébrés savent si bien chanter qu'ils pourraient le faire pendant leur sommeil. Et, selon les scientifiques, ils font tout sauf: Pendant leur sommeil, les zèbres brûlent des régions du cerveau et font vibrer leurs cordes vocales de manière à imiter les ronflements de veille.
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Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques ont découvert que le sommeil était un élément essentiel du répertoire d’apprentissage de la chanson du zèbre. Les pinsons ne naissent pas avec des airs; au lieu de cela, ils apprennent leurs chansons à l'adolescence, en pratiquant et en bricolant sous la supervision d'un tuteur adulte. Le tuteur tergiversera patiemment pour ses étudiants, qui émettront ensuite leurs propres vocalisations timides. Entendre leur propre voix semble être un élément crucial pour les petits pinsons car ils testent eux-mêmes les notes et les syllabes.
Certes, la pratique rend parfait, mais encore plus crucial? Une bonne nuit de sommeil.
Après une dure journée à l’école, chaque zèbre se retrouve au lit avec de la musique dans l’esprit, à tel point que son cerveau va scintiller dans les mêmes schémas que lors des séances d’entraînement quotidiennes. Ses cordes vocales vibrent également, mais ne produisent aucun son: les oiseaux ne poussent pas assez d'air dans la gorge pour générer un bruit audible.
Les chercheurs partent du principe que les oiseaux rêvent de chants - ils synchronisent mieux les lèvres que les chants de sommeil. Cela peut être dû en grande partie à la cristallisation et au remodelage du matériel appris de leurs tuteurs - un phénomène comparable au fait de somnoler des êtres humains qui empaquetent des mémoires et des informations dans un stockage à long terme. Le matin, les pinsons se réveillent sèchement assoiffés et désorientés, babillant un peu moins de façon cohérente que la veille, mais au fil du temps, leurs chansons s’améliorent.
Les scientifiques pensent qu'étudier comment les oiseaux utilisent le sommeil pour apprendre leurs chants peut nous aider à comprendre le processus mystérieux d'acquisition du langage humain. Comme la parole humaine, les mélodies du chant des oiseaux sont complexes et complexes, et activent même les voies cérébrales et les muscles très similaires à ceux de l'homme.
"J'ai fait ce rêve fou la nuit dernière mais j'ai oublié de l'écrire." (Flickr / Cathy) Mais étudier le paysage de rêve d'un pinson de zèbre endormi n'est pas chose facile: ce n'est pas comme si nous pouvions donner un coup de coude aux oiseaux et leur demander. Pour mieux comprendre le fonctionnement interne de ces oiseaux somnolents, le groupe de recherche de Gabriel Mindlin à l'Université de Buenos Aires a décidé de franchir une étape supplémentaire dans la chaîne de commande musicale. Les cerveaux contrôlent le comportement, mais il y a un intermédiaire musclé entre les deux. Pour traduire le motif présent dans le cerveau en sérénade complète, l'organe vocal d'un oiseau doit d'abord exécuter les ordres de marche. Mindlin, professeur de biophysique qui étudie la mécanique du chant des oiseaux, a conçu avec ses collègues un système permettant de mesurer directement l'activité des muscles impliqués.
Dans des travaux antérieurs, son équipe de recherche, en partenariat avec des scientifiques de l'Université de l'Utah, a découvert que les pinsons zébrés déplacent leurs muscles vocaux de manière synchrone avec une activité cérébrale semblable à une chanson, ce qui indique que la lecture de ces muscles pourrait bien être un indicateur indirect. dans les rêveries mélodiques des oiseaux.
«Au lieu de regarder une cellule [du cerveau] à la fois, nous pouvons voir la sortie de tout le système, et c'est très excitant», déclare Daniel Margoliash, professeur de neurobiologie à l'Université de Chicago, qui a étudié le chant des oiseaux pendant plus de trois decennies. Margoliash a déjà collaboré avec le groupe de Mindlin mais n’a pas participé à ces études.
L'étude a également révélé que le sommeil n'était pas simplement un moment de répétition: il pouvait également donner aux oiseaux une chance d'improviser de nouvelles chansons en toute quiétude. La nuit, les muscles vocaux des oiseaux semblent aller légèrement vers le fritz, composant des chansons silencieuses qui ne collent pas aux scripts du jour. Cette nouvelle recherche a permis de capturer une variation que les études précédentes sur le cerveau ne pouvaient pas, et suggère que l’esprit musical s’enroule lorsque les pinsons s’effondrent.
Pour Mindlin, c'était énorme. «Nous avons maintenant un modèle qui n'a pas besoin de cerveau», dit-il.
La semaine dernière, dans deux nouvelles études, le groupe de Mindlin développe ses recherches. Les deux études se concentrent sur la façon dont les scientifiques étudient les muscles vocaux des pinsons, dans l’espoir de révéler plus de secrets du cerveau de l’oiseau endormi.
Tout d'abord, les scientifiques dirigés par Juan Doppler, un physicien travaillant sous la supervision de Mindlin, souhaitaient faciliter l'étude des muscles des oiseaux. Se concentrer sur les muscles peut être un moyen plus direct de capter les mécanismes des sérénades du sommeil - mais ce n’est toujours pas facile. Les pinsons adultes doivent subir une intervention chirurgicale pour permettre aux scientifiques de fixer des électrodes à plusieurs muscles.
Cependant, bien que ces muscles soient censés contrôler directement certains aspects de la production de chansons (par exemple, la hauteur du son produit), ils doivent également fonctionner ensemble. Plusieurs sont physiquement connectés, notamment un muscle particulièrement important appelé syringealis ventralis, connu pour contrôler la fréquence d'une chanson.
L’équipe a découvert que la mesure de l’activité de la syringealis ventralis pouvait à elle seule capturer de manière fiable la dynamique des ballades chantées avec des oiseaux presque aussi fidèlement que l’ancienne technique consistant à mesurer plusieurs muscles. Comme prévu, l'activité du muscle contenait des informations sur la fréquence, mais pouvait également prédire quand les motifs musicaux commençaient et s'arrêtaient avec une précision de plus de 70%.
«Nous nous concentrons de moins en moins sur le cerveau et les neurones, mais aussi sur la biomécanique, où les informations du système nerveux sont traitées», déclare Doppler. “C'est une idée puissante. Dans certains cas, l'analyse de la biomécanique peut vous donner des idées moins claires sur le système nerveux. »
Avec le système plus simple de Doppler, décrit dans la revue Chaos, les chercheurs peuvent étudier plus facilement les chants de rêve des oiseaux. De plus, la compréhension des mécanismes de ce muscle puissant peut également éclairer le fonctionnement du système vocal en tant qu'unité fonctionnelle.
«Les caractéristiques du muscle saignent vraiment», déclare Katherine Tschida, neurobiologiste à l'Université de Duke, qui a étudié l'apprentissage de la chanson chez les pinsons zébrés. "Vous pouvez obtenir une lecture à partir d'un seul muscle [sur] beaucoup de caractéristiques différentes, même si le muscle n'est pas principalement le moteur fonctionnel du système." Tschida, qui n'était pas impliquée dans le travail, a également félicité le étude pour sa méthodologie «haute qualité».
Ce graphique montre l’activation des muscles syringés chez un pinson pendant le chant (ci-dessus) et la nuit (gris, ci-dessous). (Young et. Al., Dans PeerJ (2017)) Dans la seconde étude, une équipe dirigée par Alan Bush, également physicien du groupe de Mindlin, a découvert qu'ils pouvaient manipuler les oiseaux pour leur donner la force de chanter en leur jouant des versions de leurs propres chansons pendant leur sommeil, une forme d'hypnose harmonique. Bush était désireux d'étudier les schémas de la façon dont les muscles tiraient réellement en sommeil. Pour lui, l'organe vocal n'est pas simplement une marionnette exécutant l'ensemble des instructions du cerveau, il s'agit plutôt d'une liaison créative entre le cerveau et le comportement qui peut ajouter ses propres caractéristiques au produit final. «Une grande partie de la complexité du système vient en réalité de la périphérie, où se trouvent les muscles», explique-t-il.
Bush et ses collègues ont découvert que lorsque les muscles sont mobilisés, ils se comportent tout ou rien. Lorsque des extraits d'eux-mêmes sont écoutés, les muscles des oiseaux se contractent de manière fiable. Même les versions synthétiques de ces chansons, remixées en laboratoire, pouvaient parfois susciter des réponses d’organes vocaux. Souvent, les muscles étaient immobiles - mais quand ils étaient incités à fléchir, ils effectuaient la séquence de tir complète d'une vocalisation.
Les scientifiques expliquent que ces connaissances ouvrent de nouvelles voies pour étudier la manière dont la musculature musicale est stimulée.
En raison du caractère invasif de la chirurgie, Mindlin et son équipe n'ont pu tester que les réponses musculaires des pinsons adultes. Cependant, des expériences futures avec des technologies plus avancées pourraient éclairer les états de rêve des jeunes oiseaux. De telles découvertes pourraient corroborer les recherches antérieures sur la façon dont les zèbres adolescents jouent avec les enseignements de leur tuteur et apportent leur touche personnelle pendant le sommeil. Mais à quoi cela pourrait-il servir chez les adultes, qui ont déjà maîtrisé leurs mélodies?
Margoliash pense qu'il faut maintenir son expertise. «Si vous voulez atteindre un très haut niveau de précision, vous devez travailler pour vous y rendre et vous exercer à rester là-bas», explique-t-il. «Les pinsons zébrés - et les humains - doivent s'entraîner pour maintenir la qualité des performances que nous obtenons."
Un jour, grâce aux forces combinées des neurosciences et de la biophysique, les scientifiques pourront peut-être plonger plus profondément dans les chansons du sommeil. La technologie n’a pas encore pris la relève, mais elle gagne en puissance de jour en jour. Jusque là? Rêver.
