رمزگشایی از نغمهی پرندگان
یکی از چالشهای بزرگ در علم اعصاب توضیحدادن این معماست که مدارهای عصبی چهگونه توالی سیگنالهای پیچیدهئی را تولید میکنند که منجر به رفتارهائی مانند برقراری ارتباط بین حیوانات، نغمهخوانی 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 توالی طولانی اما نسبتاً سادهی چند هجا ساخته میشود. این توالیها بهدقت بررسی شدهاند و خصوصیات آماری 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 پرندهای فنچ بنگالیست که نغمههایش بهگونه ای 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 مشابه ای برای توانایی نغمهسرایی فنچ بنگالی ارائه میدهند. یک گروه پژوهشی از دانشگاه توکیو است و سرپرستش کنتارُو کاتاهیرا، و گروه دیگر از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا به سرپرستی 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 آماری نغمه محاسبه میشود یعنی این که هر هجا چه بستگی 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 نغمهسرایی 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 توالی هجاهای تکراری، احتمال مشاهدهی هجائی خاص در فاصله ای مشخص از شروع نغمه، و توزیع چندهجائیها را باز بسازد. این نتیجهی 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 آماری رفتارهای پیچیدهتر جانداران را که برجستهترین نمونههاش آواز بالنها و آواسازی دولفینهاست توصیف کرد. جذابترین چالش فراتر از اینها سخنگفتن انسان است.