Le magnifique son des chants d'oiseaux émergeant des arbres est un merveilleux exemple de tout ce que la nature peut encore nous apprendre, même autant sur leurs origines sont encore mystérieux pour nous. Environ 40 pour cent des espèces d'oiseaux apprennent à vocaliser lorsqu'elles sont exposées à un tuteur, un comportement qui intéresse de nombreux neurologues et neurobiologistes. Les 60% restants peuvent vocaliser instinctivement de manière isolée. La variété selon les espèces, et la relation entre le système nerveux et la biomécanique fait de la production de chants d'oiseaux un processus complexe à démêler et à comprendre.

Le physicien Gabriel Mindlin, de l'Université de Buenos Aires en Argentine, a examiné les phénomènes à partir de l'une des perspectives les plus unificatrices et potentiellement éclairantes de la question :la physique dynamique des organes vocaux des oiseaux. Dans sa récente, examen approfondi du sujet, publié cette semaine dans la revue le chaos , il explore le rôle des propriétés physiques fondamentales dans la complexité acoustique du chant des oiseaux, et la relation qu'ils entretiennent avec les instructions neuronales pour leur production.

« Ma question principale était :quelle partie de ce phénomène complexe, ce comportement complexe, est due à la physique et aux biomécanismes qui [sont] impliqués, et combien est dû aux structures neuronales particulières qui le contrôlent, " a déclaré Mindlin. " Mon expérience est la dynamique non linéaire; donc, J'étais prêt à accepter que de nombreuses complexités du comportement puissent être associées au fait que l'appareil vocal était un appareil non linéaire et donc même avec des paramètres simples, vous pourriez décrire un comportement complexe."

S'appuyant sur les résultats expérimentaux d'observations directes, notamment une étude utilisant un système de transducteur miniature monté sur le dos d'un oiseau pour mesurer les changements dans la pression du sac aérien de ses poumons, Mindlin examine les paramètres structurels clés impliqués dans la production de chants.

"Les oiseaux chanteurs partagent des caractéristiques principales dans la manière dont ils produisent leurs chansons, vous pouvez donc construire un modèle unificateur et la plupart des différences acoustiques qu'ils peuvent atteindre sont dues à la région dans l'espace des paramètres où ils opèrent, " a déclaré Mindlin. " Certaines caractéristiques universelles sont préservées à travers les espèces. "

De la preuve directe de l'acoustique et de la biomécanique impliquées, Mindlin et ses collègues ont construit des modèles de cet espace de paramètres pour décrire les propriétés dynamiques non linéaires précises régissant le processus. Attention au scepticisme potentiel de la communauté biologique, il a également testé les modèles en recréant des chants et en les utilisant pour étudier les réactions des oiseaux d'une manière similaire aux études plus anciennes qui utilisaient des enregistrements de chants réels.

En utilisant des chants d'oiseaux synthétiques, Mindlin et ses collaborateurs ont pu recréer une grande partie de la réponse neuronale des diamants mandarins mesurée lors de l'utilisation d'enregistrements de leurs vraies chansons. Ces signatures neuronales, et comment ils se rapportent à la production sonore, offrent beaucoup d'informations sur la neurobiologie de la production du langage ainsi que, peut-être étonnamment, à une physique plus purement fondamentale.

"Ce qui est intéressant, c'est que cela ouvre de nombreuses questions pour la communauté des physiciens, comment passer d'un neurone aux activités collectives des fibres musculaires et au contrôle microscopique de la biomécanique. C'est une question ouverte pour la mécanique statistique hors d'équilibre, " a déclaré Mindlin.