科学家们致力于研究大脑唱歌和学习的机制

新的研究表明，触发鸣禽复杂学习的神经回路中的特殊细胞与人类大脑皮层中与精细运动技能发展相关的一种神经细胞惊人地相似。

俄勒冈健康与科学大学的科学家们今天在杂志上发表了这项研究自然通讯．

“如果你想让雄鸟的歌声精确而独特，这样雌鸟就可以选择与哪只鸟交配，你就需要这些特性，”OHSU音量研究所的资深科学家、共同资深作者恩里克·冯·格斯多夫博士说。“你需要一个高度专业化的大脑来产生这种效果。”

俄亥俄州立大学博士后Benjamin Zemel博士是该研究的第一作者，并进行了大部分具有挑战性的电生理学工作，涉及使用薄大脑切片和单细胞记录。

该研究揭示了一组特殊的神经元表达了一组调节钠离子通道蛋白的基因。这些离子通道产生的电信号用于通信细胞在神经系统中。在这种情况下，这种组合使神经元能够发射重复的脉冲信号动作电位——非常高的速度和鸟儿歌唱时的频率。

该研究描述的“超快峰值”仅持续0.2毫秒，而大多数动作电位峰值持续1毫秒或更长时间。千分之一秒本身就快得令人难以置信。

此外，这些发现为理解涉及精细运动控制的人类行为和发展的各个方面的机制提供了新的途径。

研究人员表示，参与雄性斑胸草雀歌唱的神经元和离子通道的组合，与人类大脑初级运动皮层中被称为贝茨细胞的神经元组合非常相似。

在已知的人类最大的脑细胞中，贝茨细胞有又长又厚的轴突，可以以非常高的速度和频率传播峰值。因此，他们被认为是重要的精细运动技能包括手、脚、手指和手腕。

“想象一个钢琴演奏者，”俄亥俄州立大学医学院行为神经科学教授克劳迪奥·梅洛(Claudio Mello)说。“他们的思维如此之快，他们必须依靠学习和储存的记忆和行动。弹吉他也是一样。”

今天发表的这项研究是一场非正式谈话的结果，最初是在俄勒冈州立大学马凯姆山校区的麦肯齐大厅Café午餐时进行的。

梅洛是一名行为神经科学家，他以斑胸草雀为动物模型，与冯·戈斯多夫相识已有20年。一天在自助餐厅吃午饭时，梅洛打开他的笔记本电脑，展示了一只年轻的雄性斑胸草雀的大脑图像，这只斑胸草雀在刚会唱歌时的大脑图像，接着是第二张图像，揭示了在这只鸟到了会唱歌的年龄后出现的蛋白质亚基。

von Gersdorff是电生理学和神经元生物物理学方面的专家，他说:“在短短几天内发生了一些了不起的事情。”“我说，这正是我们一直在啮齿动物听觉系统中研究的蛋白质。它促进了高频峰值。”

梅洛说，这项新研究加深了对精细运动技能学习机制的科学理解。

“这是一个非常重要的模型，我们认为这项新研究具有广泛的潜力，”他说。

冯·格斯多夫和梅洛说，3亿多年前分化的物种都拥有同样的电机电路特性，这一事实证明了这一发现的力量。研究人员表示，他们在雄性斑胸草雀身上发现的神经元特性可能会通过收敛进化而优化速度和精度。

它还提出了当连接出错时可能涉及的机制。冯·格斯多夫说，影响这些贝茨细胞的一些基因突变可能会导致相对轻微的影响，如口吃，这可以通过学习来克服，而其他突变可能会产生更明显的影响，如与肌萎缩性侧索硬化症(ALS)等进行性疾病有关的基因突变。

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