科學家首次給鳥類植入記憶，教幼鳥學唱歌

近期，得克薩斯大學西南醫學中心的研究人員通過操控鳥兒學習鳴叫的大腦區域，向幼小斑馬雀的大腦中植入記憶，竟“教”幼年鳥兒學會了鳴叫，研究成果發表在Science上。

對此，研究人員表示，“我們首次證實大腦區域可以編碼行為-目標記憶，當我們想要去模仿任何事情時，這些記憶可以用來指導我們。”

和嬰兒咿呀學語一樣，鳥兒也是通過記住父親的叫聲，慢慢模仿來學習鳴叫。人們要從觀察中學習，就必須創建一個記憶來記錄別人做的正確的事情，然後利用這些感官信息來指導運動系統學習一些行為，但目前為止，科學家們並不清楚這些記憶究竟在哪裡？到底是如何形成的？

得克薩斯大學西南醫學中心助理教授 Todd Roberts 和他同事對此產生了極大興趣，他們的研究方向是了解記憶如何在大腦中編碼，特別是指導語言和社交技能發展的記憶。

圖 | Todd Roberts 在觀察斑馬雀。（來源：得克薩斯大學西南醫學中心）

既往研究顯示，鳥兒大腦中HVC 區域對於它們學習鳴叫非常重要，而打亂這一區域的活動就會干擾鳥兒們學習鳴叫的能力。在鳥兒鳴叫開始和結束時，大腦中 NIf 區域中的神經元激活，從而將信號輸入 HVC 區域。

為了深入了解其中機制，研究人員使用幼小的雄性斑馬雀進行了實驗，這些幼小的斑馬雀從未向成年斑馬雀學習鳴叫。他們使用光遺傳學技術，操控了鳥兒大腦中 NIf 和 HVC 神經元之間連接或突觸的神經活動，即通過將基因插入神經元中，這些神經元可以被光控制，然後使用小光纖電纜將光照射到選定的大腦區域。

圖 | 鳥兒也是通過記住父親的叫聲，慢慢模仿學習鳴叫 （來源：網絡）

研究小組發現，使用短脈衝光照射時，這些鳥兒就會發出短音節的叫聲，而給予長脈衝光，鳥兒就會發出長音節的鳴叫。他們說，“我們在鳥兒的大腦中發現了一條通路，一旦激活，就會給鳥兒植入記憶，改變音節長度。“

接著，研究人員發現，幼年斑馬雀同時接受光刺激和與成年斑馬雀互動後，它們的鳴叫與隻接受光刺激的斑馬雀相似，這表明光遺傳學刺激可以替代向成年斑馬雀學習鳴叫。

但是，雖然這種操作可以影響斑馬雀鳴叫的持續時間，不過，鳥兒鳴叫時還有其他特徵，如音高和如何正確排序音節，接下來，科學家將進一步識別其他大腦回路，並研究這些記憶的編碼機制以及它們在大腦中的存儲位置。

（來源：得克薩斯大學西南醫學中心）

人類的聲音學習包括幾十個基因，這些在鳴叫的鳥兒中也表現出了類似的活動模式。鑒於這些相似之處，研究人員說，“鳥兒大腦中聲音學習的機制可成為理解動物是如何從社交經驗中學習的模型。我們可以利用這些信息來精確定位大腦中的回路，這些回路可能在自閉症等神經發育疾病中影響較大。”

芝加哥大學神經科學家 Sarah London 也認為本次研究中使用的方法可以作為一個模板，進一步識別鳥兒鳴叫的其他特徵從何而來，對鳴禽的研究與我們對學習和記憶的理解密切相關。

歌唱學習是一種複雜的行為，需要多個大腦區域來協調它們的功能，研究斑馬雀唱歌可以讓我們深入了解“成熟的神經回路是如何被環境所影響”，包括大腦內部環境和外部社會環境。

之前有研究顯示，科學家能夠在老鼠身上植入記憶，使它們在特定的地方得到獎賞，雖然這一技術用於人類還有很長的路要走，但或許終有一日，我們也許能夠改變與心理創傷相關的記憶，或者將美好記憶以新方式與人分享。

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責編：王新凱

參考：

https://www.newscientist.com/article/2218772-implanting-false-memories-in-a-birds-brain-changes-its-tune/

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/10/191003141557.htm