Почему птицы умные, если у их мозга нет коры?

С 60-х годов считалось, что обязательным условием для сложного гибкого поведения является шестислойный неокортекс. Благодаря ему млекопитающие заняли вершину пищевой цепи практически во всех экологических нишах и научились решать сложные задачи. У другого преуспевающего класса – у птиц – такой структуры нет, вместо коры у них уплотненный паллиум. Однако исследования врановых и попугаев показали, что они способны справляться со многими когнитивными задачами на уровне приматов и детей 4-5 лет.  Значит, сложная шестислойная кора млекопитающих не обязательна для развитого мышления. Но что выполняет ее функцию у птиц? Ответы на эти вопросы опубликованы в обзоре в Trends in Cognitive Sciences.

Мозг птицы и млекопитающего. Слева передний мозг голубя, справа — хорька. Красная пунктирная линия изображает границу между паллиумом (вверху) и субпаллиумом (внизу). Обратите внимание на извилистую кору мозга хорька. У голубя нет ничего подобного. Credit: Onur Güntürkün, Thomas Bugnyar / Trends in Cognitive Sciences 2021

Конвергентная эволюция

Птицы и млекопитающие разошлись в эволюции около 300 миллионов лет назад. Развитый мозг этих классов — результат длительной конвергентной эволюции. У тех и других основной объем мозга — это конечный мозг. Он может быть разделен на паллиум, или плащ, и субпаллиум, или подплащевые структуры. Причем субпаллиум у птиц и млекопитающих организован поразительно похожим образом (впрочем он похож у всех от миног до людей). А вот плащ у разных классов эволюционировал по-разному. 

У млекопитающих плащ в основном превратился в неокортекс — шестислойную структуру, отличительную черту млекопитающих. У птиц такой слоистой структуры нет. Вместо нее несколько крупных ядер.

Бытовало мнение, что класс млекопитающих появился последним. А значит, и неокортекс, обеспечивающий наши мощные когнитивные способности, появился последним. Выходит, птицы «не дотягивают» до венца творения и не способны к сложным мыслительным процессам. 

Сейчас мы знаем, что это не так. Но не переоцениваем ли мы птиц? Если у них и развитое мышление, то за счет чего — ведь коры нет? 

Для начала нужно немного разобраться с понятиями из анатомии мозга. Конечный мозг — это самый передний отдел мозга, делится на паллиум и субпаллиум. Паллиум или плащ — кора или ее гомологи, гиппокамп, миндалина, ограда мозга и обонятельная луковица. Субпаллиум или подплащевые структуры — это полосатое тело, бледный шар, диагональная полоска Брока и некоторые другие. Неокортекс же — шестислойная структура из серого вещества, самая внешняя часть головного мозга млекопитающих.

Не хуже, чем у млекопитающих 

Птицы давно используются в качестве модельных организмов. На них изучают память, стратегии добывания пищи, вокализацию. Недавно поняли, что птицы способны и к вещам посложнее (‘higher’ cognitive abilities). Например, они умеют планировать, логически рассуждать и контролировать импульсивное поведение. Теперь считается, что эти и другие сложные мысленные операции (‘complex’ cognition) у птиц и млекопитающих сопоставимы.

Что умеют врановые и попугаи? Может, они хорошо справляются с узко направленными заданиями (например, умеют добывать еду, но больше никак не применяют мозг)? Давайте сравним навыки птиц с навыками млекопитающих.

  1. Постоянство объекта.
    Врановые, попугаи и приматы понимают, что объект продолжает существовать, даже если его не видно. Это уровень развития двухлетнего ребенка. 
  2. Отложенная награда, контроль импульсивного поведения.
    Как врановые, так и приматы способны отказаться от немедленной награды, чтобы получить ее позже, но в большем количестве или лучшем качестве. Кстати, животные готовы дольше ждать ради качества, а не количества. 
  3. Мысленное путешествие во времени.
    То есть память о прошлых событиях и планирование будущих. Калифорнийские кустарниковые сойки запоминают, какую еду, где и когда они спрятали. Они заранее планируют места для новых «кладов». Это могут делать и обезьяны — они, например, хранят инструменты. 
  4. Выбор методом исключения или по аналогии.
  5. Знание о собственных знаниях.
    Большеклювая ворона понимает, хорошо или плохо она справилась с заданием. Обезьяны не только понимают это, но и могут искать информацию, нужную для выполнения следующего задания. 
  6. Узнавание в зеркале.
    Большинство человекообразных обезьян и некоторые врановые узнают себя в зеркале. Попугаи и капуцины пытаются взаимодействовать с отражением, как с другой особью. 
  7. Теория разума. Выводы о намерениях, знаниях, убеждениях других особей.
    Вороны и шимпанзе мгновенно различают конкурентов, которые знают или не знают о местоположении пищи.
  8. Орудийная деятельность.
    Нам давно известно, что обезьяны создают орудия, но к этому способны и птицы. Новокаледонские вороны, например, не просто изготавливают орудия, но и передают их дизайны сородичам внутри популяции.

То есть навыки птиц не ограничены узкими областями и сопоставимы со способностями обезьян. Может, мы недооцениваем птиц?

Сходства и различия

Было принято искать отличия в архитектуре мозга птиц и млекопитающих. На первый взгляд, они очевидны: у птиц мозг компактный, потому что нейроны расположены очень плотно, нет коры. Если приглядеться, найдем ли мы сходства? Да!

1. У птиц есть функциональный эквивалент PFC (префронтальной коры). Им оказалась nidopallium caudolaterale (NCL), это ассоциативная область в задней части переднего мозга птицы. Видимо, две эти структуры — впечатляющий случай конвергентной эволюции. Они обе возникли из паллиума и обеспечивают одинаковые когнитивные функции.

2. Кроме того, и мозг млекопитающих, и мозг птиц имеет модульное строение. 

3. Строение птичьего паллиума оказалось сложнее, чем думали раньше. Сенсорные отделы паллиума по структуре — слои и колонки, как и кора млекопитающих. 

Выходит, когнитивные способности птиц с компактным «некорковым» мозгом сопоставимы со способностями обезьян — обладателей развитой коры.

Текст: Анастасия Новицкая

Cognition without Cortex, Onur Güntürkün, Thomas Bugnyar, Trends in Cognitive Sciences, Volume 20, Issue 4, 2016, Pages 291-303, ISSN 1364-6613

https://doi.org/10.1016/j.tics.2016.02.001.