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雀是如何改变曲调的

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-08  浏览次数:14
核心提示:像顶级音乐家一样,鸣禽从小就接受训练,以剔除歌曲中的错误和变化,最终成为稳定可靠的表演者。但就像人类音乐家一样,即使是最

像顶级音乐家一样,鸣禽从小就接受训练,以剔除歌曲中的错误和变化,最终成为稳定可靠的表演者。但就像人类音乐家一样,即使是最好的也不是机器。为了学习和提高,鸣禽的大脑需要通过健康的创造性实验来改变其久经考验的模式。到目前为止,还没有人发现这种情况发生的具体机制。

 

现在,加州大学旧金山分校的研究人员发现了一种神经机制,可以解释鸣禽的神经创造性产生器是如何让它们在成年后改进和改变它们的歌声的。这一发现有助于解释人类大脑如何学习复杂的运动技能——从吹双簧管到开车——并可能对治疗从帕金森氏症到强迫症等神经系统疾病具有长期意义。


为了学习鸣叫,鸟的大脑中有一个特殊的部分,相当于人类的基底神经节。基底神经节是位于大脑底部的一系列神经结构。


“这是一个非常好守恒的电路——从我们七鳃鳗——在人类与从运动到情绪,”作者Hamish Mehaffey说,博士,博士后研究人员在实验室里的Allison Doupe后期,医学博士,博士,一位心爱的加州大学旧金山分校的精神病学和心理学教授在2014年10月去世了。


加州大学旧金山分校的生理学教授迈克尔布雷纳德(Michael Brainard)说,在她在加州大学旧金山分校的20年里,杜普建立了鸟鸣系统,作为基底神经节在人类语言、精细运动学习和精神疾病中的作用的模型。


布雷纳德说:“她最近的研究表明,基底神经节活动的精确模式对大脑的可塑性和学习很重要,但我们不知道这种模式的哪些方面很重要。”“目前的研究结果表明了一种机制,可以解释为什么这些活动模式很重要,并揭示了让它们改变大脑连接的‘规则’。”这是一个关键的进展。


年轻的雄性斑胸草雀一生都在完善它们喧闹的交配鸣叫,这听起来有点像《星球大战》中的机器人。幼鸟通过反复的尝试和错误来学习如何准确地模仿它们父亲的鸣叫声,但是成年后,它们不会为了取悦潜在的配偶而调整一两个短语,或者根据需要调整它们的生长、年龄或伤害的技巧。


Doupe之前的研究表明,鸟类的基底神经节相当于人类的基底神经节,在唱歌学习所需的创造性实验中起着至关重要的作用。当研究人员阻断基底节区的输出时,幼鸟永远无法发育成熟的鸣叫,而成年鸟则丧失了根据经验调整和维持鸣叫的能力。


Doupe的研究还发现,当鸟类单独练习鸣叫时,基底神经节的创造力引擎更加活跃,在鸣叫马达电路中注入变异性,让鸟类尝试新的音符和修改过的图案。但研究人员发现,当一只漂亮的雌性鸟儿出现时,创造回路就会关闭,让鸟儿可靠地创作出它那首歌的最佳、最可靠、最可靠的版本。基底节区也需要锁定鸟正在练习的歌曲的新部分的任何变化。


研究人员试图了解基底节区的指示信号是如何使试错学习成为可能的,但他们却被其不可预知的时间所迷惑。大脑区域作为鸟叫声的指挥,发出活动的爆发精确地定时来启动特定的音符和主题,与此不同的是,基底节区信号的发出时间是不规律的,很难预测。


“一方面,如果没有可变性,就没有试错学习,”Mehaffey说。“如果鸟儿不能探索,它将永远找不到更好的版本。”另一方面,这种变化让我们很多人感到困惑,因为如果鸟儿需要修改特定音调的音调,信号就需要非常精确地定时。


这篇新论文于2015年8月3日发表在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)杂志网络版上,首次详细研究了突触水平的学习规则,这些规则可以让基底神经节的可变信号修改控制鸟叫声的运动计划。


使用大脑切片包含地区输入的基底神经节和这首歌汽车路径收敛控制鸟的歌曲表演,Mehaffey电刺激了两条途径表明相对时间的信号——一个“创意”和其他编码建立之歌——可以导致突触变化,暂时把基底神经节在司机的位置或手缰绳回学汽车的计划。


 
 
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