راز نغمه‌خوانی‌ی زیبای پرندگان نخستین بار گشوده و بازساخته شد.

یکی از چالش‌های بزرگ در علم اعصاب توضیح‌دادن این معماست که مدارهای عصبی چه‌گونه توالی‌ی سیگنال‌های پیچیده‌ئی را تولید می‌کنند که منجر به رفتارهائی مانند برقراری‌ی ارتباط بین حیوانات، نغمه‌خوانی‌ی پرندگان و گفتار انسان می‌شود. دراین زمینه یکی از الگوهائی که بیش از دیگر الگوها بررسی شده است نغمه‌ی پرندگانی مانند فنچ‌های راه‌‌راه هستند. این نغمه‌خوانان پرکار نغمه‌هائی می‌خوانند که از توالی‌ی طولانی اما نسبتاً ساده‌ی چند هجا ساخته می‌شود. این توالی‌ها به‌دقت بررسی شده‌اند و خصوصیات آماری‌ی آنها محاسبه شده است. معلوم می‌شود این خصوصیات آماری را می‌توان با کاربرد نوعی شبیه‌سازی موسوم به الگوی مارکوف به‌دقت باز ساخت. هر هجای نغمه دراین الگو را یک حالت سیستم فرض می‌کنند. رفتن سیستم به این حالت به خصوصیات آماری‌ی حالت قبلی‌ی سیستم بستگی دارد. از این مدل برمی‌آید که بین هر بخش نغمه و مدار عصبی‌ی تولیدکننده‌ی آن نگاشت یک‌به‌یک وجود دارد.

اما پرندگان دیگر نغمه‌های پیچیده‌تر می‌خوانند که توضیحش مشکل‌تر است. یک چنین پرنده‌ئی فنچ بنگالی‌ست که نغمه‌هایش به‌گونه‌ئی به‌ظاهر پیش‌بینی‌ناپذیر تغییر می‌کند و الگوی ساده‌ی مارکوف از پس توضیحش برنمی‌آید. این که فنچ بنگال چه‌گونه نغمه‌اش را می‌سراید رازی‌ بود تا اینکه این هفته به‌شکلی تصادفی و عجیب دو مقاله در وبگاه آرکایو گذاشته شده است و هر دو توضیح‌های مشابه‌ئی برای توانایی‌ی نغمه‌سرایی‌ی فنچ بنگالی ارائه می‌دهند. یک گروه پژوهشی از دانشگاه توکیو است و سرپرستش کنتارُو کاتاهیرا، و گروه دیگر از دانشگاه ایالتی‌ی پن‌سیلوانیا به سرپرستی‌ی دژه جین.
بخش اول کار آنها، زندانی‌کردن فنچ‌های بنگال در اتاق‌های ضد‌صدا و ضبط نغمه‌هاشان بود. سپس پسادکترای نگون‌بختی باید در اتاق دیگری زندانی می‌شد تا هر هجای ضبط‌شده‌ را شناسایی و علامت‌گذاری کند. در مرحله‌ی بعد خصوصیات آماری‌ی نغمه محاسبه می‌شود یعنی این که هر هجا چه بستگی‌ئی به هجای قبلی و هم‌چنین هجاهای قبل‌تر دارد. با به‌دست‌آمدن خصوصیات آماری باید راهی ‍پیدا کرد که بتوان این خصوصیات را باز ساخت.

هر دو گروه پژوهشی به الگوئی رسیده‌اند که با الگوی استاندارد مارکوف فرقی عمده دارد. به‌جای نگاشت یک‌به‌یک بین هر هجا و مدار عصبی که نغمه‌سرایی‌ی فنج راه‌راه را توضیح می‌دهد، این گروه‌ها می‌گویند که نگاشت مربوط به فنچ‌های بنگالی چندبه‌یک است یعنی به‌ازای هر هجا چند مدار عصبی وجود دارد که هر یک تولیدکننده‌ی همان هجاست و به همین دلیل آمار این نغمه‌سرایی پیچیده‌تر است.

به این نوع الگو، الگوی پنهان مارکوف می‌گویند زیرا آن‌چه قسمت مشاهده‌پذیر سیستم ، یعنی نغمه را پیش می‌راند پنهان است. این الگو می‌تواند بسیاری از ویژگی‌های تاکنون اسرارآمیز فنچ بنگالی مانند توالی‌ی هجاهای تکراری، احتمال مشاهده‌ی هجائی خاص در فاصله‌ئی مشخص از شروع نغمه، و توزیع چندهجائی‌ها را باز بسازد. این نتیجه‌ئی مهم است و به این معنی‌ست که دانشگران بالاخره رمز نغمه‌های پیچیده‌ی پرندگان را گشوده‌اند. اینک باید پرسید که چگونه می‌توان این نتیجه را تعمیم داد و خصوصیات آماری‌ی رفتارهای پیچیده‌تر جان‌داران را که برجسته‌ترین نمونه‌هاش آواز بالن‌ها و آواسازی‌ی دولفین‌هاست توصیف کرد. جذاب‌ترین چالش فراتر از اینها سخن‌گفتن انسان است.

منبع


مراجع


نویسنده خبر: علی مسچیان