Zebrafinkar lär sig vanligtvis sjunga från sina fäder. Men nu har forskare lärt de små fåglarna att memorera en melodi utan att någonsin lära sig det - och de gjorde det genom att implantera minnen från låtarna i fåglarnas hjärnor.
Detta konstiga experiment utformades för att upptäcka hjärnvägarna som kodar notens varaktighet i fåglarna. I slutändan är poängen att dra paralleller till hur människor lär sig att tala. Förhoppningsvis kommer forskningen att hjälpa forskare att rikta in gener och nervceller för att förbättra språkinlärningen hos personer med autism och andra tillstånd som påverkar vocalization.
"Det här är första gången vi har bekräftat hjärnregioner som kodar minnen för beteendemål - de minnen som leder oss när vi vill imitera allt från tal till lärande av piano," Todd Roberts, neurovetenskapsman vid University of Texas Southwestern O ' Donnell Brain Institute, sade i ett uttalande. "Resultaten gjorde det möjligt för oss att implantera dessa minnen i fåglarna och vägleda lärandet av deras låt."
En liten fågel viskade i mitt öra
Zebrafinkar (Taeniopygia guttata) är små, sociala fåglar som är infödda i Centralamerika och populära som husdjur. Precis som spädbarnsmän lär sig språk genom att imitera vad de hör, lyssnar zebrafinkar på sina fäder att sjunga och sedan öva melodierna. Den nya forskningen avslöjar hur djuren drar av den.
Roberts och hans kollegor använde optogenik för att modifiera finchens neuroner utan att någonsin utsätta dem för sång. Denna teknik involverar användning av ljus för att kontrollera beteendet hos fotokänsliga proteiner i nervceller eller hjärnceller, vilket väsentligen gör det möjligt för forskare att kontrollera när en neuron skjuter. Med hjälp av detta verktyg kunde forskarna förändra hjärnaktivitet i ett sensorimotoriskt område som kallas Nif, som skickar information till en specialiserad sångfågelhjärnregion som kallas HVC. Detta område är involverat i både inlärning och reproduktion av fågellåtar.
Genom att pulsera ljus i en rytm kunde forskarna koda "minnen" i finkarnas hjärnor, så att fåglarnas toner skulle matcha ljuspulsernas varaktighet. Det var som om en farsfigur gav dessa instruktioner för fågeln att memorera, men ingen fink fanns närvarande.
Förstå språkinlärning
Notera varaktighet ensam räcker inte för att lära en finch en fullständig låt, sa forskarna; fåglarna måste också lära sig andra aspekter av melodin, som tonhöjd.
"Vi undervisar inte fågeln allt den behöver veta - bara varaktigheten på stavelser i sin låt," sade Roberts. "De två hjärnregionerna som vi testade i denna studie representerar bara en pusselbit."
När fler stycken hittades, tillade han, kan det vara möjligt att lära fåglarna att sjunga en full melodi utan någon lärare alls. "Men", sade Roberts, "vi är långt ifrån att göra det."
Denna grundläggande fågelforskning är utformad för att avhjälpa hjärnans kretslopp som gör språkinlärning möjlig. Kopplingen mellan HVC och Nif-regionerna i fåglar är avgörande för sång, rapporterade forskarna denna vecka i tidskriften Science. Om kommunikationen mellan dessa två regioner avbröts efter att fågeln hade lärt sig en melodi, kunde djuret fortfarande sjunga sången. Men om HVC och Nif stängdes av från varandra innan fågeln hade chansen att bilda minnen från sången, kunde finchen aldrig lära sig, oavsett hur många gånger den hörde sången efteråt.
"Den mänskliga hjärnan och vägarna i samband med tal och språk är oerhört mer komplicerade än sångfåglarnas kretsar," sade Roberts. "Men vår forskning ger starka ledtrådar om var man ska leta efter mer insikt om neuro-utvecklingsstörningar."
