Echolokacja to umiejętność rzadka w świecie zwierząt – opanowały ją nietoperze, niektóre ptaki i walenie. Wśród nich delfiny są jej mistrzami. Wysyłając krótkie kliknięcia i nasłuchując powracającego echa, potrafią zidentyfikować położenie, kształt, a nawet strukturę powierzchni obiektów w wodzie. Przez lata zakładano, że “widzą dźwiękiem” – tworząc w głowie obrazy podobne do wzrokowych. Nowe badanie międzynarodowego zespołu naukowców z Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), Uniwersytetu Oksfordzkiego, UC Berkeley i New College of Florida sugeruje jednak zupełnie inny mechanizm – delfiny “dotykają” świat dźwiękiem. Szczegóły opisano w czasopiśmie PLOS One.
Delfiny wykorzystują echolokację w niezwykły sposób
Aby prześledzić, jak mózg delfina przetwarza dźwięk, naukowcy sięgnęli po nowoczesne techniki obrazowania. W badaniu wykorzystano mózgi zmarłych, wyrzuconych na brzeg delfinów oraz sejwali – przedstawicieli fiszbinowców, które nie wykształciły echolokacji. Dzięki współpracy z organizacjami ochrony zwierząt udało się uzyskać dostęp do unikalnych okazów i porównać ich układy nerwowe.
Czytaj też: Delfiny mają ukrytą “supermoc”. Nie powinno nas to szokować
Kluczowym punktem analiz była struktura zwana wzgórkiem dolnym (colliculus inferior) – część śródmózgowia, przez którą przechodzą wszystkie informacje słuchowe z ucha do wyższych ośrodków mózgu. U delfinów ten “dźwiękowy węzeł przesiadkowy” jest znacznie większy niż u innych ssaków, co pozwoliło badaczom precyzyjnie śledzić drogę, jaką pokonuje dźwięk w mózgu.
Wbrew oczekiwaniom, u delfinów informacje słuchowe nie trafiają głównie do kory mózgowej, jak w przypadku ludzi, lecz w dużej mierze do móżdżku – obszaru tradycyjnie kojarzonego z kontrolą ruchów i równowagi.
Jak podkreśla Peter Tyack z WHOI, współautor badania:
Móżdżek służy dziś nie tylko do sterowania mięśniami – to również centrum integracji zmysłów i przewidywania, błyskawicznie analizujące dane z otoczenia.
Delfin, wykonując kliknięcie sonaru, wysyła wąski dźwiękowy “promień” w kierunku interesującego go obiektu. To jak szukanie włącznika światła w ciemnym pokoju – nie wystarczy słyszeć, trzeba poruszać głową i modyfikować kierunek “dotyku” dźwiękiem. Silne połączenia z móżdżkiem wskazują, że to właśnie on steruje całym tym procesem – przetwarza echa, planuje kolejne kliknięcia i decyduje o kierunku “eksploracji” przestrzeni.
Badania były możliwe dzięki ogromnemu postępowi w technologii obrazowania martwych mózgów. Choć techniki dyfuzyjne znane są od lat, dotąd nie udawało się uzyskać wystarczająco czystych obrazów w dużych mózgach waleni. Pomogły nowatorskie sekwencje skanowania rozwijane przez Karla Miller z Oxfordu oraz protokoły opracowane przez Bena Inglisa z UC Berkeley. Dzięki nim udało się uchwycić niezwykle precyzyjne mapy projekcji nerwowych.
Prof. Peter Cook z Marine Mammal Science at New College of Florida komentuje:
Neurobiolodzy porównawczy od lat marzyli, by zobaczyć, jak zorganizowane są połączenia w mózgach delfinów. Ich wyjątkowa ewolucja to klucz do zrozumienia, jak powstają nowe funkcje zmysłowe. Technologia wreszcie dogoniła ambicje nauki.
Zespół nie poprzestaje na analizie słuchu. Kolejnym celem są ścieżki kontrolujące wokalizację – czyli to, jak delfiny wydają dźwięki. Te ssaki nie używają do tego krtani, lecz złożonego systemu w nosie, zupełnie innego niż u ludzi czy małp. Badacze chcą prześledzić, jak ich mózg nauczył się kontrolować ten niezwykły “instrument”.
Według prof. Cooka:
Delfiny to jedne z nielicznych zwierząt, które potrafią uczyć się nowych dźwięków. Wiemy, że ich układ wokalny jest ekstremalnie nietypowy. Teraz możemy zacząć rozrysowywać, jak wygląda sterowanie mową w ich mózgu i jak różni się ono od naszych mechanizmów.
Odkrycie, że delfiny dotykają otoczenie dźwiękiem, może zrewolucjonizować nie tylko biologiczne rozumienie echolokacji, ale też technologie sonarowe, robotykę i interfejsy sensoryczne. Jeśli natura stworzyła tak wyrafinowany system, integrujący dźwięk, ruch i analizę przestrzenną, być może uda się go odwzorować w sztucznych systemach percepcji.