科學家研究大腦唱歌和學習的機制

新研究表明，觸發(fā)鳴禽復雜學習的神經回路中的特化細胞與人類大腦皮層中與精細運動技能發(fā)展相關的神經細胞類型有著驚人的相似之處。

俄勒岡健康與科學大學科學家的這項研究今天發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

“如果你想要一首準確而獨特的雄性歌曲，那么這些是你需要的特性，這樣雌性就可以選擇她想與哪只鳥交配，”共同資深作者Henrique von Gersdorff 博士說。, OHSU Vollum 研究所的高級科學家。“你需要一個高度專業(yè)化的大腦來生產這個。”

本杰明·澤梅爾，博士是 OHSU 的博士后研究員，是第一作者，并進行了涉及使用薄腦切片和單細胞記錄的大部分具有挑戰(zhàn)性的電生理學工作。

該研究表明，一組特定的神經元表達一組調節(jié)鈉離子通道蛋白的基因。這些離子通道產生用于神經系統細胞間通訊的電信號。在這種情況下，這種組合使神經元能夠在鳥兒唱歌時以極高的速度和頻率激發(fā)重復的尖峰信號(稱為動作電位)。

該研究描述了僅持續(xù) 0.2 毫秒的“超快尖峰”——相比之下，大多數動作電位尖峰持續(xù)一毫秒或更長時間。一毫秒本身是令人難以置信的快，千分之一秒。

此外，這些發(fā)現為理解涉及精細運動控制的人類行為和發(fā)展的各個方面的機制提供了新的途徑。

研究人員表示，雄性斑胸草雀唱歌時所涉及的神經元和離子通道的組合與人類大腦初級運動皮層中被稱為 Betz 細胞的類似神經元組合非常相似。

在人類已知的最大腦細胞中，Betz 細胞具有長而厚的軸突，可以以非常高的速度和頻率傳播尖峰。因此，它們被認為對涉及手、腳、手指和手腕的精細運動技能很重要。

“想想鋼琴演奏者，”共同資深作者克勞迪奧·梅洛(Claudio Mello) 博士說。，OHSU 醫(yī)學院行為神經科學教授。“他們思考得如此之快，他們不得不依賴于學習和存儲的記憶和行動。彈吉他也是一樣。”

今天發(fā)表的這項研究是最初在 OHSU 的 Marquam Hill 校區(qū)的 Mackenzie Hall Café 午餐時進行的非正式談話的結果。

梅洛是一位以斑胸草雀作為動物模型的行為神經科學家，他在社交上認識馮格斯多夫 20 年。一天在自助餐廳吃午飯時，梅洛打開他的筆記本電腦，展示了一只年輕雄性斑胸草雀的大腦圖像，它的年齡剛好在他會唱歌之前，第二張圖像揭示了在斑胸草雀之后出現的蛋白質亞基到了可以開始唱歌的年齡了。

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