研究人员将“回忆”植入鸟类 - 教他们从未听过的歌曲

发现提高了对人类脑的学习言论的理解。

父亲抱着他的新生儿，他们的面孔分开只有英寸，慢慢地重复音节“da”和“dee”。经过几个月的听到这些声音，宝宝开始唠叨，逐渐“da da da”被精制到“爸爸”这个词。

讲话是学习的。

这些是我们的知识发展中的关键步骤，但声乐学习的许多组成部分仍然是一个谜。大脑如何编码模仿父母的演讲所需的记忆？科学家可以在这个过程变动时进行干预吗？

UT Southwestern的研究人员已经开始在新的鸣禽研究中回答这些问题，这些研究表明可以植入大脑中的记忆来教导发声 - 没有父母的任何课程。虽然调查结果对治疗患者没有立即影响，但他们确实为在人类大脑中寻找令人信服的线索，以更好地了解自闭症和影响语言的其他条件。

托德罗伯茨博士的实验室专门从事在声乐学习期间的大脑功能如何。

“这是我们第一次确认编码行为目标记忆的大脑区域 - 那些在我们想要模仿任何从讲话中学习钢琴时引导我们的那些记忆，”Todd Roberts博士说，一个神经科学家与Ut Southwestern的O' Donnell大脑研究所。“调查结果使我们能够将这些记忆植入鸟类并指导他们的歌曲的学习。”

激活神经元

在科学中发表的研究概述了科学家如何通过Optimetics激活神经元的电路 - 一种相对较新的工具，用于监测和控制大脑活动。

研究人员使用Zebra Finches，因为它们分享了声乐发展的许多人类阶段：生活早期，鸟儿听到他们的父亲唱歌，最终记住了笔记。他们学会在练习数万次练习后复制行为。

通过控制大脑两个地区之间的相互作用，罗伯茨博士的团队编码了斑马雀的回忆，这些雀科没有辅导的父亲的经历。鸟类使用这些记忆来学习他们歌曲的音节，每个音符的持续时间对应于光线保持神经元的时间量。较短的曝光，较短的音符。

“我们没有教导它所需的一切，它只需要知道的一切 - 只是在歌曲中的音节持续时间，”罗伯茨博士说。“我们在本研究中测试的两个脑区只代表了一个拼图。”

然而，发现是值得注意的，因为它打开了新的研究途径，以确定影响发声的其他方面的更多大脑电路，例如音调和每个声音的顺序。

“如果我们淘汰那些其他途径，我们可以假设一只鸟儿唱歌而没有父亲的互动，”罗伯茨博士说。“但我们能够做到这一点。”

定位语言障碍

该发现是罗伯茨实验室的一系列结果中的最新结果，专门记录大脑在声乐学习期间的功能。通过将涉及的神经过程映射为鸟类学习交配歌曲，科学家希望有一天希望使用该知识来靶向患有自闭症或其他神经发育病症的患者中断的特定语音基因。

最近的项目中，Roberts的团队博士发现了一种神经元网络，通过辅助大脑的电动机和听觉区域之间的沟通来说，在学习声发作中起着至关重要的作用。他的实验室还领导着联邦脑倡议研究计划资助的正在进行的研究。

植入回忆

科学研究中描述的研究结果打破了建立行为目标记忆如何形成的新的基础，以及它们在学习发声中的作用。

罗伯茨博士说：“在实验室里难以研究了这些类型的记忆，因为我们没有知道它们的编码在哪里，”Roberts博士说。

科学家通过操纵NIF（上图）与HVC脑区之间的神经元活动来人为地编码鸟类。鸟类使用这些记忆来学习他们歌曲的音节。

他的团队通过测试大脑的感觉电机区域之间的连接找到了一些答案。具体而言，研究人员使用光学机构来操纵NIF大脑区域中的神经元活动，并控制它向HVC发送的信息，另一个脑区域涉及学习听觉体验。

除了记录NIF在形成音节特定的记忆中的角色之外，Roberts的团队博士发现这些记忆在其形成后的其他地方储存在大脑中。科学家通过在学习过程的不同点切断NIF和HVC之间的沟通来表明这一点：已经形成了内存的斑马雀仍然可以执行这首歌，而才会在神经通信被切断之后辅导的那些才能复制这首歌。

Roberts博士表示，他的实验室将检查其他大脑区域，以便在HVC上携带不同类型的信息，希望更充分了解如何形成行为目标记忆的额外特性。

“人类大脑和与言语相关的途径比歌手的电路非常复杂，”罗伯茨博士说。“但我们的研究提供了强有力的线索，以便在寻找对神经发育障碍的更多洞察力的地方。”

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Roberts博士是神经科学助理教授，托马斯O. HICKS学者在UT Southwestern的Peter O'Donnell Jr.脑机构。科学研究得到了美国国家卫生研究院的补助金，国家科学基金会得到支持。

参考：“在宋鸟中指导声乐学习的记忆”由汶南赵，弗朗西斯科加西亚 - 奥斯科，丹尼尔兹荷德和托德F. Roberts，2019年10月4日，Science.Doi：
10.1126 / science.aaw4226.

图片：UTSW.