科学家研究大脑唱歌和学习的机制

如果你想要一首准确而独特的雄性歌曲，那么这些是你需要的特性，这样雌性就可以选择她想与哪只鸟交配，”共同资深作者、高级科学家 Henrique von Gersdorff 博士说。 OHSU 沃尔姆研究所。“你需要一个高度专业化的大脑来生产这个。”

Benjamin Zemel 博士是 OHSU 的博士后研究员，他是第一作者，并进行了涉及使用薄脑切片和单细胞记录的大部分具有挑战性的电生理学工作。

该研究表明，一组特定的神经元表达一组调节钠离子通道蛋白的基因。这些离子通道产生用于神经系统细胞间通讯的电信号。在这种情况下，这种组合使神经元能够在鸟儿唱歌时以极高的速度和频率激发重复的尖峰信号(称为动作电位)。

该研究描述了仅持续 0.2 毫秒的“超快尖峰”——相比之下，大多数动作电位尖峰持续一毫秒或更长时间。一毫秒本身是令人难以置信的快，千分之一秒。

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，雄性斑胸草雀唱歌时所涉及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 Betz 细胞的类似神经元组合非常相似。

在人类已知的最大脑细胞中，Betz 细胞具有长而厚的轴突，可以以非常高的速度和频率传播尖峰。因此，它们被认为对涉及手、脚、手指和手腕的精细运动技能很重要。

“想想钢琴演奏者，”共同资深作者、医学博士、OHSU 医学院行为神经科学教授克劳迪奥·梅洛 (Claudio Mello) 说。“他们思考得如此之快，他们不得不依赖于学习和存储的记忆和行动。弹吉他是一回事。”

今天发表的这项研究是最初在 OHSU 的 Marquam Hill 校区的 Mackenzie Hall Café 午餐时进行的非正式谈话的结果。

梅洛是一位以斑胸草雀作为动物模型的行为神经科学家，他在社交上认识冯格斯多夫 20 年。一天在自助餐厅吃午饭时，梅洛打开他的笔记本电脑，展示了一只年轻雄性斑胸草雀的大脑图像，它的年龄刚好在他会唱歌之前，第二张图像揭示了在斑胸草雀之后出现的蛋白质亚基到了可以开始唱歌的年龄了。

“在短短几天内发生了一些非凡的事情，”电生理学和神经元生物物理学专家冯格斯多夫说。“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。它促进高频尖峰。”

梅洛说，这项新研究加深了对学习精细运动技能所涉及机制的科学理解。

“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。

von Gersdorff 和 Mello 说，这些相同的运动回路特性为 3 亿多年前分化的物种所共有，这说明了这一发现的力量。研究人员表示，他们在雄性斑胸草雀中发现的神经元特性可能会通过趋同进化在速度和精度方面得到优化。

它还建议了连接出错时可能涉及的机制。Von Gersdorff 说，影响这些 Betz 细胞的一些基因突变可能会导致相对轻微的影响，例如口吃，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，例如那些涉及渐进性疾病，例如肌萎缩侧索硬化症，或肌萎缩侧索硬化。

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