Zebrafinker lærer normalt at synge fra deres fædre. Men nu har forskere lært de små fugle at huske en melodi uden nogensinde at lære det - og de gjorde det ved at implantere minder om sangene i fuglenes hjerner.
Dette mærkelige eksperiment var designet til at opdage hjernetrinene, der koder for notens varighed i fuglene. I sidste ende er pointen at trække paralleller til, hvordan mennesker lærer at tale. Forhåbentlig vil forskningen hjælpe forskere med at målrette gener og neuroner til at forbedre sprogindlæring hos mennesker med autisme og andre tilstande, der påvirker vokaliseringen.
"Dette er første gang, vi har bekræftet hjerneområder, der koder for adfærdsmål-erindringer - de minder, der leder os, når vi vil efterligne alt fra tale til at lære klaveret," Todd Roberts, en neurovidenskabsmand ved University of Texas Southwestern O ' Donnell Brain Institute, sagde det i en erklæring. "Resultaterne gjorde det muligt for os at implantere disse minder i fuglene og lede indlæringen af deres sang."
En lille fugl fortalte mig det
Zebrafinker (Taeniopygia guttata) er små, sociale fugle, der er hjemmehørende i Mellemamerika og populære som kæledyr. Ligesom spædbarnsmænd lærer sprog ved at efterligne, hvad de hører, lytter zebrafinker til deres fædre synger og derefter øver melodierne. Den nye forskning afslører, hvordan dyrene trækker det af.
Roberts og hans kolleger brugte optogenik til at modificere finkens neuroner uden nogensinde at udsætte dem for sang. Denne teknik involverer brug af lys til at kontrollere opførsel af lysfølsomme proteiner i neuroner eller hjerneceller, hvilket i det væsentlige giver forskere mulighed for at kontrollere, hvornår en neuron fyrer. Ved hjælp af dette værktøj var forskerne i stand til at ændre hjerneaktivitet i et sensorimotorisk område kendt som Nif, der sender information til et specialiseret sangfuglehjerneområde kaldet HVC. Dette område er involveret i både indlæring og gengivelse af fuglesange.
Ved at pulse lys i en rytme var forskerne i stand til at kode "minder" i finkernes hjerner, således at fuglenes noter ville matche varigheden af lysimpulser. Det var som om en farsfigur lavede disse instruktioner til fuglen til at huske, men ingen fader var til stede.
Forståelse af sprogindlæring
Bemærk varighed alene er ikke nok til at lære en fink en hel sang, sagde forskerne; fuglene skal også lære andre aspekter af melodien, såsom tonehøjde.
"Vi lærer ikke fuglen alt, hvad den har brug for at vide - bare varigheden af stavelser i dens sang," sagde Roberts. "De to hjerneområder, vi testede i denne undersøgelse, repræsenterer kun et stykke af puslespillet."
Med flere fundne stykker, tilføjede han, kunne det være muligt at lære fuglene at synge en fuld melodi uden nogen lærer overhovedet. "Men" sagde Roberts, "vi er langt fra at gøre det."
Denne grundlæggende fugleundersøgelse er designet til at afdække kredsløb i hjernen, der gør sprogindlæring mulig. Forbindelsen mellem HVC og Nif-regionerne i fugle er afgørende for sang, rapporterede forskerne denne uge i tidsskriftet Science. Hvis kommunikationen mellem disse to regioner blev afbrudt, efter at fuglen havde lært en melodi, kunne dyret stadig synge sangen. Men hvis HVC og Nif blev afskåret fra hinanden, før fuglen havde mulighed for at danne minder om sangen, kunne finket aldrig lære, uanset hvor mange gange den hørte sangen bagefter.
"Den menneskelige hjerne og stierne forbundet med tale og sprog er utroligt mere komplicerede end sangfuglens kredsløb," sagde Roberts. "Men vores forskning giver stærke ledetråder til, hvor man kan se efter mere indsigt i neuro-udviklingsforstyrrelser."
