Две врани на име Иги и Леми се оказаха по-бързи от хората и маймуните в експеримент, предназначен да изследва способността на мозъка да взема решения въз основа на визуална информация. Изследването, проведено от невробиолози от Университета в Тюбинген, Германия, показва, че тези птици могат да анализират движещи се изображения и да определят правилната посока на движение сред множество разсейващи визуални сигнали само за около 235 милисекунди. Това е приблизително два пъти по-бързо от времето, необходимо на хората и приматите при сходни експериментални задачи. Още по-интересното е, че враните не просто реагират светкавично, а запазват висока точност на отговорите си дори когато визуалната задача става изключително трудна.

За да проверят способностите на птиците, изследователите Филип Шмидбауер и Андреас Нидер обучили двете врани да изпълняват задача на сензорен екран. На него се появявал облак от множество бели точки, част от които се движели в една и съща посока – наляво, надясно, нагоре или надолу, докато останалите се движели хаотично. Задачата на птиците била да определят общата посока на движение и да докоснат съответната цел върху екрана с човката си. При правилен отговор получавали награда под формата на ларва на брашнен червей. По този начин учените можели да проследят не само колко бързо враните обработват визуалната информация, но и доколко надеждни са решенията им.

Трудността на експеримента се променяла чрез регулиране на броя на точките, движещи се в обща посока. Когато почти всички точки се движели заедно, задачата била сравнително лесна и птиците почти винаги давали правилен отговор. Когато обаче само малка част от тях следвала определена посока, а останалите се движели произволно, разпознаването на правилния модел ставало значително по-трудно. Въпреки това Иги и Леми успявали да се справят по-добре от случайното налучкване дори когато едва 3% от точките се движели координирано. Това показва, че птиците действително извличали информация от сложната визуална картина, вместо просто да реагират произволно.

След хиляди опити учените установили, че средното време за вземане на решение от страна на враните е приблизително 235 милисекунди. За сравнение, предишни изследвания върху сходни задачи показват времена от около 410 до 600 милисекунди при маймуните и между 450 и 820 милисекунди при хората. Важно уточнение е, че тези стойности са сравнени с резултати от предходни експерименти, а не от едновременно проведен тест при напълно идентични условия. Въпреки това разликата е впечатляваща и показва колко ефективно мозъкът на тези птици може да обработва определени видове визуална информация.

Какво се случва в мозъка на враните?

Най-интересната част от изследването започнала, когато учените решили да разберат как мозъкът на птиците успява да взема решения толкова бързо. За тази цел те използвали електроди, с помощта на които записвали активността на 248 нервни клетки в област от мозъка, известна като nidopallium caudolaterale (NCL). Тази мозъчна структура участва в процесите на планиране, обработка на информация и вземане на решения и изпълнява функции, сравними с тези на префронталната кора при бозайниците. Именно там изследователите открили неврони, чиято активност била свързана с избора, който птиците предстояло да направят.

При 58 от изследваните нервни клетки се наблюдавали различни модели на активност в зависимост от посоката, която враната щяла да избере. Още около 70 милисекунди след появата на движещите се точки активността на тези неврони започвала да предсказва бъдещото решение на птицата. С други думи, мозъкът вече обработвал визуалната информация и формирал предпочитание, много преди враната да извърши физическото движение с човката си. Докато птицата получавала и анализирала нови визуални сигнали, активността на определени нервни клетки постепенно се увеличавала, докато достигнела определено ниво, при което се вземало окончателното решение.

Този механизъм напомня процес, който учените вече са наблюдавали при приматите. При него мозъкът не реагира просто на отделен визуален сигнал, а постепенно натрупва доказателства, оценява получената информация и достига до решение, когато сигналите станат достатъчно убедителни. Може да се опише като своеобразно невронно претегляне на доказателствата: всяка нова част от информацията допринася за избора, докато мозъкът достигне необходимия праг. Откритието показва, че въпреки значителните анатомични различия между птичия и бозайниковия мозък, те могат да използват сходни изчислителни механизми за решаване на сложни задачи.

Малък мозък, но изключително ефективна организация

Едно от най-значимите заключения на изследването е, че високата интелигентност и сложните когнитивни способности не изискват непременно мозък, организиран по същия начин като човешкия. При бозайниците голяма част от сложната обработка на информация се осъществява в неокортекса – структура, изградена от шест характерни клетъчни слоя. Птиците нямат същата многослойна организация, но разполагат с друга структура на предния мозък, наречена палий, чиито невронни мрежи могат да изпълняват сходни функции. Това означава, че еволюцията вероятно е открила повече от един начин за изграждане на мозъчни системи, способни да осигуряват сложна обработка на информацията.

Една от възможните причини за впечатляващата скорост на враните е изключително високата концентрация на нервни клетки в техния мозък. Изследвания върху птичия мозък, публикувани през 2016 г., показват, че някои птици, включително пойни птици и папагали, могат да притежават приблизително два пъти повече неврони от приматите при сравним обем на мозъчната тъкан. Това позволява на сравнително малкия мозък да разполага с огромен брой нервни клетки и сложни връзки между тях. Освен това по-късите разстояния между клетките могат да намалят времето, необходимо за предаване на информацията. Така компактната организация може да осигури значително по-висока ефективност, без да е необходим голям мозък.

Друга възможна причина е свързана с по-високата телесна температура на птиците. Много видове поддържат температура около 41–42 градуса по Целзий, докато нормалната човешка телесна температура е приблизително 37 градуса. Температурата влияе върху скоростта на различни биохимични процеси, включително тези, които участват в предаването на нервните сигнали. Засега обаче не е установено дали този фактор действително обяснява по-бързите реакции на враните. Учените разглеждат и възможността еволюционните условия, при които са се развивали птиците, да са създали специфични адаптации за изключително бърза обработка на зрителната информация.

Полетът и оцеляването изискват светкавични реакции

Начинът на живот на птиците предлага още едно възможно обяснение за техните способности. Полетът изисква постоянно наблюдение на околната среда, бърза оценка на разстоянията и незабавна реакция при появата на препятствия или хищници. Дори малко забавяне в обработката на визуалната информация може да има сериозни последствия, особено когато птицата се движи с висока скорост в триизмерна среда. Освен това прецизното насочване на човката към храна или друг обект изисква изключително добра координация между зрението и движенията.

Според Андреас Нидер подобни еволюционни изисквания може да са благоприятствали развитието на мозъчни системи, способни да превръщат визуалната информация в действие с минимално забавяне. Това обаче остава хипотеза, която ще трябва да бъде проверена с допълнителни експерименти. Все още не е напълно ясно дали по-бързата обработка на информацията е пряко следствие от по-високата плътност на невроните, от особеностите на нервните връзки или от съчетанието на множество еволюционни адаптации.

Резултатите от новото изследване се вписват в нарастващия брой научни доказателства, че враните и останалите представители на семейство Вранови притежават изключително развити умствени способности. През последните десетилетия учените са установили, че някои от тези птици могат да използват инструменти, да решават многоетапни задачи, да запомнят сложни събития и да се адаптират към нови ситуации. Новокаледонските врани например са известни със способността си да изработват и комбинират инструменти, за да достигат до храна, която иначе би била недостъпна за тях. Това поведение изисква не само практически умения, но и способност за планиране и разбиране на причинно-следствени връзки.

Снимка: Unsplash/Andreas Nieder

Виж още: World of Warcraft: Forever стартира със 70 480 процесорни ядра, 251 TB RAM и 3924 виртуални машини