科學(xué)家研究大腦唱歌和學(xué)習(xí)的機(jī)制

新研究表明，觸發(fā)鳴禽復(fù)雜學(xué)習(xí)的神經(jīng)回路中的特化細(xì)胞與人類大腦皮層中與精細(xì)運(yùn)動(dòng)技能發(fā)展相關(guān)的神經(jīng)細(xì)胞類型有著驚人的相似之處。

俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)科學(xué)家的這項(xiàng)研究今天發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

“如果你想要一首準(zhǔn)確而獨(dú)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(xué)家。“你需要一個(gè)高度專業(yè)化的大腦來生產(chǎn)這個(gè)。”

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

該研究表明，一組特定的神經(jīng)元表達(dá)一組調(diào)節(jié)鈉離子通道蛋白的基因。這些離子通道產(chǎn)生用于神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞間通訊的電信號(hào)。在這種情況下，這種組合使神經(jīng)元能夠在鳥兒唱歌時(shí)以極高的速度和頻率激發(fā)重復(fù)的尖峰信號(hào)(稱為動(dòng)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(shù)動(dòng)作電位尖峰持續(xù)一毫秒或更長時(shí)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(xiàn)為理解涉及精細(xì)運(yùn)動(dòng)控制的人類行為和發(fā)展的各個(gè)方面的機(jī)制提供了新的途徑。

研究人員表示，雄性斑胸草雀唱歌時(shí)所涉及的神經(jīng)元和離子通道的組合與人類大腦初級運(yùn)動(dòng)皮層中被稱為 Betz 細(xì)胞的類似神經(jīng)元組合非常相似。

在人類已知的最大腦細(xì)胞中，Betz 細(xì)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(rèn)為對涉及手、腳、手指和手腕的精細(xì)運(yùn)動(dòng)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(xué)院行為神經(jīng)科學(xué)教授。“他們思考得如此之快，他們不得不依賴于學(xué)習(xí)和存儲(chǔ)的記憶和行動(dòng)。彈吉他也是一樣。”

今天發(fā)表的這項(xiàng)研究是最初在 OHSU 的 Marquam Hill 校區(qū)的 Mackenzie Hall Café 午餐時(shí)進(jìn)行的非正式談話的結(jié)果。

梅洛是一位以斑胸草雀作為動(dòng)物模型的行為神經(jīng)科學(xué)家，他在社交上認(rèn)識(shí)馮格斯多夫 20 年。一天在自助餐廳吃午飯時(shí)，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(huì)唱歌之前，第二張圖像揭示了在斑胸草雀之后出現(xiàn)的蛋白質(zhì)亞基到了可以開始唱歌的年齡了。

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