帮助鸣禽学习新曲调的快乐化学物质

马萨诸塞大学阿默斯特分校的神经科学家在一项新研究中证明，多巴胺在鸣禽学习复杂新声音的过程中起着关键作用。

刊登于神经科学杂志这一发现为进一步了解这种神经递质在大脑中编码复杂刺激的区域的功能奠定了新的基础。

“人们将多巴胺与奖励和快乐联系在一起，”主要作者Matheus Macedo-Lima说，他在麻省大学阿默斯特分校神经科学和行为研究生项目的博士生Luke Remage-Healey的实验室里进行了这项研究。“多巴胺与学习有关，这是一个众所周知的概念。但是关于多巴胺在大脑中与感觉处理相关的区域的知识是有限的。我们想了解多巴胺是否在大脑区域学习新声音或随着声音变化的过程中发挥作用。”

心理学和脑科学教授、行为神经科学家Remage-Healey补充说，研究鸣禽的发声学习可以深入了解口语是如何学习的。“不仅仅是鸣禽想出了这种使用多巴胺将声音和意义结合起来的策略。这是我们人类感兴趣的相似之处。”

研究小组在体外和体内进行了一系列实验，在显微镜下戳出神经元，并在观看视频和听到声音的活鸟的大脑中戳出神经元。最终，科学家们获得了解剖学、行为学和生理学的证据来支持他们关于多巴胺作用的假设。

通过抗体，研究人员发现，多巴胺受体存在于鸣禽听觉大脑的多种神经元中——它们可以是抑制性的，也可以是兴奋性的，还可能含有一种产生雌激素的酶。雷马吉-希利博士的研究表明，在雌雄鸣鸟的听觉大脑中，神经元在社交场合会产生雌激素，比如在听鸟叫或看到另一只鸟的时候。我们认为多巴胺和雌激素可能在声音学习过程中共同作用，但这项工作主要集中在多巴胺上，因为我们对多巴胺如何影响鸣禽大脑仍然知之甚少，”现在是马里兰大学博士后的马塞多-利马解释说。

马塞多-利马开发了一个类似于著名的巴甫洛夫狗实验的测试，在这个测试中，鸟类独自坐在一个房间里，给它们播放一段随机的声音，然后立即播放其他鸟类的无声视频。他说:“我们想把重点放在毫无意义的声音(音调)和行为相关的东西(视频中的另一只鸟)之间的联系上。”

研究人员在这种声音和视频配对后，使用一种已知的基因标记来观察鸟类的听觉大脑区域，这种基因标记在神经元经历变化或可塑性时表达。“我们在左半球，听觉区域的腹侧部分，多巴胺受体表达神经元中发现了这种非常有趣的基因表达增加，反映了学习过程，并与人类语言学习的大脑偏侧化平行，”Macedo-Lima说。

为了显示多巴胺对神经元基本信号的影响，研究人员使用了全细胞膜片钳技术，控制和测量神经元接收到的电流。他们在一个培养皿中发现，多巴胺的激活减少了抑制，增加了兴奋。

Remage-Healey解释说:“这个调制器正在以一种降低停止信号和提高前进信号的方式调整系统。“这是一种简单而强大的控制机制，可以控制动物如何编码声音。这是一种神经化学杠杆，可以改变刺激在大脑这部分的记录和传递方式。”

研究小组随后无痛地探测了活鸟的脑细胞。“当我们传递多巴胺时发生的事情与我们从整个细胞数据中预测的完全一样，”Macedo-Lima说。“我们发现，当我们递送多巴胺激动剂时，抑制性神经元放电更少，而兴奋性神经元放电更多。”

当听到其他鸣禽的鸣叫声时，也出现了同样的效果——多巴胺激活时，兴奋性神经元反应更多，抑制性神经元反应更少。马塞多-利马说:“我们很高兴在活体动物身上复制我们在盘子里看到的东西，让它们听到实际的相关声音。”

多巴胺的激活也使这些神经元无法适应呈现给动物的新歌，这有力地证实了多巴胺在感觉学习中的作用的假设。“我们目前还不知道多巴胺是如何影响大多数动物的感官学习的，”Macedo-Lima说，“但这项研究为这种机制如何在需要学习复杂声音的脊椎动物(如人类)中发挥作用提供了许多线索。”

参考:Macedo-Lima M, Boyd HM, Remage-Healey L.多巴胺D1受体激活对鸣禽听觉皮层可塑性的影响。J >．2021.doi:10.1523 / jneurosci.2823 - 20.2021

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