2019-10-04 05:19:01
植入的记忆教鸟儿唱歌

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一位父亲举起他的新生儿,两张脸的距离仅几英寸,然后慢慢重复音节“ da”和“ dee”。在听了几个月的声音之后,婴儿开始ba不休,逐渐将“ da da da”提炼为“ Daddy”。

言语是学会的。

这些是我们智力发展的关键步骤,但是声乐学习的许多组成部分仍然是个谜。大脑如何编码模仿父母讲话所需的记忆?当该过程出错时,科学家可以进行干预吗?

UT Southwestern的研究人员已经开始在一项新的鸣禽研究中回答这些问题,该研究表明可以将记忆植入大脑来教发声,而无需父母的任何教训。尽管这些发现对治疗患者没有直接的意义,但它们确实提供了令人信服的线索,可以更好地了解自闭症和其他影响语言的状况,从而可以在人脑中看待哪里。

UT Southwestern O''s的神经科学家Todd Roberts博士说:“这是我们首次确认对行为目标记忆进行编码的大脑区域,这些记忆在我们想模仿从语音到学习钢琴的任何东西时为我们提供指导。” Donnell脑研究所。 “这些发现使我们能够将这些记忆植入鸟类,并指导他们对歌曲的学习。”

激活神经元

发表在《科学》杂志上的这项研究概述了科学家如何通过光遗传学激活神经元回路,光遗传学是一种相对较新的工具,它利用光来监视和控制大脑活动。

研究人员之所以使用斑马雀,是因为它们在人类的声带发育过程中处于许多共同的阶段:生命早期,鸟类听到其父亲唱歌,最终记住了这些音符。他们在练习了数万次之后学会复制行为。

通过控制大脑两个区域之间的相互作用,罗伯茨博士的团队在斑马雀中编码了记忆,而斑马雀则没有父亲的辅导经验。鸟类利用这些记忆来学习歌曲的音节,每个音符的持续时间对应于光保持神经元活跃的时间。曝光时间越短,音符越短。

罗伯茨博士说:“我们并不是在教鸟它需要知道的所有东西,而只是教其歌中音节的持续时间。” “我们在这项研究中测试的两个大脑区域仅代表难题的一部分。”

尽管如此,这一发现还是很引人注目的,因为它开辟了新的研究途径,以识别更多影响发声其他方面(例如音高和每种声音的顺序)的大脑回路。

罗伯茨博士说:“如果我们找出其他途径,我们可以假设教一只鸟唱歌而无需其父亲的任何干预。” “但是距离实现这一目标还有很长的路要走。”

针对言语障碍

该发现是罗伯茨实验室的一系列发现中的最新发现,该实验室专门研究记录声音学习过程中大脑的功能。通过绘制鸟类学习交配歌曲时涉及的神经过程的图谱,科学家希望有一天可以利用这些知识来针对自闭症或其他神经发育疾病患者中被破坏的特定语音基因。

在其他最近的项目中,罗伯茨博士的团队发现了一个神经元网络,该神经元网络通过帮助大脑运动和听觉区域之间的交流,在学习发声方面起着至关重要的作用。他的实验室还领导着一项由联邦BRAIN Initiative研究计划资助的正在进行的研究。

植入记忆

《科学研究》中描述的发现为建立行为目标记忆的形成方式及其在学习发声中的作用开辟了新天地。

罗伯茨博士说:“很难在实验室研究这类记忆,因为我们不知道它们的编码位置。”

他的团队通过测试大脑感觉运动区域之间的连接找到了一些答案。具体来说,研究人员利用光遗传学来操纵NIf脑区域的神经元活动,并控制其发送给HVC的信息,HVC是与听觉经验有关的另一个大脑区域。

罗伯茨博士的团队除了证明Nif在形成音节特有的记忆中的作用外,还发现这些记忆在形成后就被存储在大脑的其他地方。科学家通过在学习过程的不同点切断NIf和HVC之间的交流来证明这一点:已经形成记忆的斑马雀仍可以演奏这首歌,而仅在神经交流被切断后才进行辅导的那些雀斑不能复制歌曲。歌曲。

罗伯茨博士说,他的实验室将检查携带不同种类信息到HVC的其他大脑区域,希望对行为目标记忆的其他特性如何形成有更全面的了解。

罗伯茨博士说:“人脑以及与言语和语言相关的通路比鸣禽的电路复杂得多。”“但是我们的研究为寻找神经发育障碍的更多见解提供了强有力的线索。”

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