Il meraviglioso canto degli uccelli che emergono dagli alberi è un meraviglioso esempio di quanto la natura possa ancora insegnarci, anche le loro origini sono ancora misteriose per noi. Circa il 40% delle specie di uccelli impara a vocalizzare quando è esposto a un tutor, un comportamento di interesse per molti neurologi e neurobiologi. L'altro 60 percento può vocalizzare istintivamente in isolamento. La varietà tra le specie, e la relazione tra il sistema nervoso e la biomeccanica rende la produzione del canto degli uccelli un processo complesso da svelare e comprendere.

Il fisico Gabriel Mindlin, dell'Università di Buenos Aires in Argentina, ha guardato ai fenomeni da quella che è una delle prospettive più unificanti e potenzialmente illuminanti della questione:la fisica dinamica degli organi vocali degli uccelli. Nel suo recente, esame approfondito dell'argomento, pubblicato questa settimana sulla rivista Caos , esplora il ruolo delle proprietà fisiche fondamentali nella complessità acustica del canto degli uccelli, e il rapporto che hanno con le istruzioni neurali per la loro produzione.

"La mia domanda principale era:quale parte di questo complesso fenomeno, questo comportamento complesso, è dovuto alla fisica e ai biomeccanismi che [sono] coinvolti, e quanto è dovuto alle particolari strutture neurali che lo controllano, " Mindlin ha detto. "Il mio background è la dinamica non lineare; perciò, Ero disposto ad accettare che molte delle complessità del comportamento potessero essere associate al fatto che il dispositivo vocale fosse un dispositivo non lineare e quindi anche con parametri semplici, potresti descrivere un comportamento complesso."

Basandosi sui risultati sperimentali delle osservazioni dirette, incluso uno studio che ha utilizzato un sistema di trasduttori in miniatura montato sulla schiena di un uccello per misurare i cambiamenti nella pressione del sacco d'aria del polmone, Mindlin esamina i parametri strutturali chiave coinvolti nella produzione della canzone.

"Gli uccelli canori condividono le caratteristiche principali nel modo in cui producono le loro canzoni, in modo da poter costruire un modello unificante e la maggior parte delle differenze acustiche che possono ottenere sono dovute alla regione nello spazio dei parametri in cui operano, " ha detto Mindlin. "Ci sono alcune caratteristiche universali che sono conservate tra le specie".

Dalle prove dirette dell'acustica e della biomeccanica coinvolte, Mindlin ei suoi colleghi hanno costruito modelli di questo spazio dei parametri per descrivere le precise proprietà dinamiche non lineari che governano il processo. Attenzione al potenziale scetticismo della comunità biologica, ha anche testato i modelli ricreando le canzoni e usandole per studiare le reazioni degli uccelli in modo simile a studi precedenti che utilizzavano registrazioni di canzoni reali.

Usando canti di uccelli sintetici, Mindlin e i suoi collaboratori sono stati in grado di ricreare gran parte della risposta neurale nei diamanti mandarini che è stata misurata utilizzando le registrazioni delle loro vere canzoni. Queste firme neurali, e come si relazionano alla produzione del suono, offrono molte informazioni sulla neurobiologia della produzione del linguaggio e, forse sorprendentemente, alla fisica più puramente fondamentale.

"La cosa interessante è che apre molte domande alla comunità dei fisici, come passare da un neurone alle attività collettive delle fibre muscolari e al controllo microscopico della biomeccanica. È una domanda aperta per la meccanica statistica fuori equilibrio, " ha detto Mindlin.