Что значит быть собакой. И другие открытия в области нейробиологии животных - Грегори Бернс

Оставался только образец мозга белобочки. Примерно вдвое меньше мозга афалины, круглый, компактный, но заметно крупнее мозга морского льва. Мы поместили его в головную катушку и просканировали. К нашему огромному восторгу, он оказался целым и сохранным. Никаких дыр! Тогда мы запустили ДТВ – на всю ночь, до утра, так как процедура эта долгая.

Поскольку мозг был крупнее, чем у морского льва, на анализ данных потребовалось около недели. В первую очередь, проверяя, не ошиблись ли мы где-нибудь, проанализировали векторные карты. Мозг дельфина был настолько не похож на мозг сухопутных животных, что с таким же успехом мог принадлежать космическому пришельцу. Все сбито в большой круглый ком, все привычные ориентиры сдвинуты. Даже мозолистое тело выглядит странно. Неожиданно тонкое для мозга таких размеров, то есть связи между полушариями относительно немногочисленны.

Чтобы легче было сориентироваться, мы отобразили векторные поля в трех измерениях, убирая со снимков все, кроме белого вещества, и оставляя только подробную карту соединений. Заключенные в сферу нейронные тракты сложно было бы разглядеть без программного оборудования, способного сделать виртуальную «прозрачную» модель. И мы ее сделали.

Я смотрел на экран, где вращалось анимированное изображение, и испытывал благоговейный трепет – возбуждение ученого, которому удалось проникнуть в глубины неведомого. Вот нервные волокна, соединяющие кору со стволом мозга, они тянутся вертикально и на снимке раскрашены синим. Вот модель развернулась анфас, расправляя перед нами крылья височных долей, и мы увидели красные побеги черепных нервов, ответвляющиеся от ствола.

– Кажется, получилось, – сказал Питер.

Меня хватило только на то, чтобы кивнуть.

Убедившись, что результаты ДТВ выглядят многообещающе, мы обратились к волнующим нас научным вопросам. Мозг дельфина настолько отличался от всего виденного нами прежде, что мы с Питером слабо представляли, с чего начать и с какой стороны подступиться. Даже с мозгом морских львов было проще. Поскольку морские львы много времени проводят на суше, их мозг больше похож на мозг сухопутных млекопитающих, и мы не заметили там ничего непривычного по сравнению с собачьим. А вот дельфиний – это нечто совершенно иное.

Эхолокация не такое уж чуждое нам явление, как может показаться. Для нее необходимы две составляющие, и обе они у человека имеются – это производство звука и слух. Дельфины, разумеется, пользуются ею более виртуозно, чем человек, но за последние двадцать лет до нашего с Питером проекта в изучении эхолокации у дельфинов наметился большой прогресс, и теперь эта способность представлялась уже не такой загадочной, как прежде.

Эхолокация – биологический аналог системы гидролокации. Принцип ее довольно прост: издаваемый акустический сигнал отражается от подводных объектов и возвращается в виде эха. Время возвращения позволяет оценить расстояние до объекта, а по звуку эха можно определить размер объекта и его структуру. Искусственные гидролокационные системы достигли высокой степени технического совершенства, однако до точности дельфиньей эхолокации им по-прежнему далеко. Поэтому неудивительно, что ВМС США уже не первое десятилетие усиленно изучают дельфинов.

Дельфины и киты издают звук точно так же, как мы, с участием воздуха, но есть одно существенное отличие. Мы, как и остальные сухопутные животные, порождаем звук за счет вибрации воздуха в гортани. На выдохе воздушный столб проходит через голосовые связки, которые смыкаются и размыкаются, выпуская струи воздуха. Дальнейшее оформление этих потоков происходит при помощи горла, языка и губ. У дельфинов тоже есть гортань и голосовые связки, способные производить звук, однако в их случае это не главный механизм звукообразования. У всех зубатых китов, к которым относятся и дельфины, под дыхалом имеется пара органов, фамильярно называемых «обезьяньи губы» (или, в официальной терминологии, воздушные мешки)[65]. Когда дельфин выталкивает воздух через дыхало, воздушные мешки открываются и закрываются, вибрируя примерно как голосовые связки у сухопутных млекопитающих. Но в данном случае вибрирующий поток воздуха подается не в ротовую полость, а на жировую прослойку в лобной части головы, так называемый мелон. Он работает как акустическая линза, фокусируя и усиливая звуковой луч. Репертуар дельфинов поражает богатством и разнообразием. Помимо щелчков – коротких связок высокочастотных звуков, используемых для эхолокации, – в нем присутствуют свист и жужжание, которые, судя по всему, служат дельфинам для общения друг с другом.

Дельфинье щелканье попадает в ту часть звукового спектра, которая находится за пределами слышимости человека. Подросток способен различать частоты до 20 килогерц (кГц), тогда как преобладающая частота дельфиньих щелчков – более 100 кГц. Даже у кошек и собак предел слышимости ультразвука наступает где-то на 40 кГц. Однако при подводном звукоулавливании без высоких частот не обойтись. Если в воздухе звук распространяется со скоростью 340 м/с, то в морской воде – с запредельной 1500 м/с. Сухопутные млекопитающие определяют местонахождение источника звука по разнице во времени его улавливания каждым из ушей, но под водой это время настолько ничтожно, что разницы между прибытием низкочастотных звуков фактически нет. Поэтому для человека звук под водой доносится словно со всех сторон сразу. А вот с ультразвуком, которым пользуются дельфины, такой проблемы не возникает.

У дельфинов имеются уши, но слуховое отверстие у них шириной с булавочный прокол. Слышат они челюстью – звук передается через кости. В этом на самом деле нет ничего странного. У человека такой механизм слуха тоже есть. Если приложить что-нибудь вибрирующее, телефон например, к челюстной дуге, вы разберете звук. Форма головы дельфина не только обеспечивает ему стремительность, но и фокусирует встречные звуковые волны на широкой части челюсти. Такое устройство наделяет дельфинов максимальной восприимчивостью к звуку, поступающему спереди.

Исследования эхолокации у дельфинов неоднократно демонстрировали невероятные способности этих животных к распознаванию. В одном из экспериментов они различали толщину алюминиевых сфер, даже когда разница составляла не более 0,3 мм[66]. Подобную чувствительность обеспечивает не только использование ультразвука, но и молниеносная работа мозга. Скорость обработки слуховых сигналов можно проверить, например, с помощью двух щелчков, постепенно сокращая разрыв между ними до тех пор, пока они не сольются в восприятии в один. Величина разрыва при слиянии и выступает показателем времени, которое требуется нервной системе, чтобы обработать входящую информацию. У человека оно составляет от 30 до 50 миллисекунд. У дельфинов – 264 микросекунды, то есть дельфин обрабатывает звук в сто с лишним раз быстрее, чем человек.