科学家首次成功向鸟类植入记忆听听小鸟大脑被控唱什么歌

近来，德克萨斯大学西南分校的一个研讨小组初次成功地向鸟类的大脑植入了回忆，让鸟类在无教训的状况下学会新曲调。

新智元报导

来历：newscientist

修改：肖琴

【新智元导读】近来，脑科学的一项重磅研讨登上Science：科学家初次成功地向鸟类的大脑植入了回忆，让鸟类在无教训的状况下学会了新曲调，该研讨远景令人等待。>>> 你怎么看待向大脑植入回忆？来新智元AI朋友圈听AI教小鸟歌唱吧~

科学家初次向鸟类植入回忆，“教” 会了小鸟唱新歌！

这不是 “盗梦空间”。近来，德克萨斯大学西南分校的一个研讨小组初次成功地向鸟类的大脑植入了回忆，让鸟类在无教训的状况下学会新曲调。

斑胸草雀

试验对象是斑胸草雀，这种梅花雀科的心爱小鸟有高度的社会性，雄鸟会经过 " 唱情歌 " 向雌鸟求偶。

大多数斑胸草雀是经过仿照爸爸妈妈的歌声来学习歌唱的，但科学家们经过操作鸟类用来学习歌唱的大脑区域，将斑胸草雀从未听过的歌曲的回忆植入到小鸟的大脑中。

具体来说，科学家们运用光遗传学操作鸟类大脑中与听觉经历学习有关的两个区域之间的相互效果，然后对其进行回忆编码。

相关论文宣布在《科学》(Science) 期刊，研讨人员具体介绍了他们是怎么将基因刺进鸟类大脑中与歌曲学习相关的特定神经元中的。这些基因使研讨人员能够使用光 “激活” 神经元。

光照射在某个神经元通路上的时刻越长，鸟儿歌声的音节就越长。经过替换短时刻和长时刻的光照，研讨人员教会了鸟儿 “歌曲的回忆”。

担任这项研讨的 Todd Roberts 说：“这是咱们初次确认了大脑中担任编码行为方针回忆的区域，这些回忆在咱们想仿照学习任何事情时都能起到辅导效果，例如学习言语、学钢琴，等等。”

植入回忆“教”小鸟歌唱效果怎么？来新智元AI朋友圈听一下：

用光遗传学操作大脑，植入回忆教会小鸟唱新歌

斑胸草雀的歌声由一系列的音节组成。斑胸草雀一般经过记住它们父亲的歌声来学习歌唱，然后慢慢地学习仿照。

Todd Roberts 和他的搭档们致力于研讨回忆是怎么在大脑中编码的 —— 尤其是那些辅导言语和交际技能开展的回忆。

之前的研讨现已标明，鸟类大脑中一个叫做HVC的区域对学习歌曲很重要，搅扰它的活动会影响鸟类学习歌曲的才能。这个区域接纳来自另一个叫做NIf的区域的输入，这个结构中的神经元在音节的最初和结尾处宣布信号。这标明这些神经元在编码音节长度方面起着必定的效果。

图 1：歌曲学习和神经回路概述。(A) 年少雄性斑胸草雀歌唱学习的时刻线。(B) 成年斑胸草雀歌唱的谱图；(C) 听觉传导 (蓝色) 和歌曲运动电路 (橙色)。

为了进一步研讨，Roberts 的团队运用光遗传学 (optogenetics) 技能来操控 NIf 和 HVC 神经元之间衔接或突触的神经活动。这涉及到将基因刺进到神经元中，使它们能够被光操控，然后运用小型光纤电缆将光照射到选定的大脑区域。

图 2：对 NIf-HVC 通路的选择性操作。(A) 左：向 NIf 内打针病毒的示意图。右：穿过 HVC 和 NIf 的矢状旁切面，显现了经过向 NIf 注入示踪剂符号的轴突结尾。

研讨团队对年少雄性斑胸草雀进行了试验。这些斑胸草雀从未触摸过会歌唱的成年斑胸草雀，但它们现已开端构成自己的歌声。研讨小组在大约 30 天后剖析了终究乐曲中的不同之处。

当研讨人员运用短脉冲光时，鸟儿就会宣布短音节的歌声。通运用长脉冲光时，这些鸟儿宣布了长音节的歌声。

图 3：光遗传学办法指引影响歌曲时刻结构的学习。

如图 3 所示，研讨人员测试了操作 HVC 中 NIf 轴突结尾的活动是否能够植入行为方针回忆。他们运用光脉冲进行指引，旨在让小鸟在歌曲感觉学习阶段仿照短音节元素。而当试验小鸟独自在室内时，光影响按天然歌曲教育形式的时刻距离进行。

Roberts 说：“咱们在小鸟大脑中发现了一条通路，假如激活它，它能够在音节的继续时刻内植入过错的回忆，而这只鸟没有与另一只鸟有过触摸。”

图 5：试验显现，光遗传学办法教鸟儿歌唱因为天然学习。

音节长度仅仅斑胸草雀有必要学习的一个方面。其他特征，如音高和音节组合成音序，或许更难编码，但研讨团队期望终究也能植入这些特征。

假如能够，你期望向大脑植入什么回忆？

与人类言语学习相关的数十个基因在鸟类中表现出了相似的活动形式。鉴于这些相似之处， Roberts 以为，鸟类大脑中声响学习的机制能够作为了解动物怎么从社会经历中学习的模型。

他说：“咱们能够使用这些信息来确定在自闭症等神经发育疾病中，大脑中哪些回路特别受影响。”

之前的一项研讨标明，咱们能够将回忆植入小鼠中，然后让它们等待在特定的当地找到奖励。

尽管这项研讨令人形象深入，但这并不意味着咱们现在能够在人类大脑里植入回忆了 —— 这仍然是科幻小说。将这种技能应用于人类还有很长的路要走，但该研讨或能协助人类改动与心思伤口相关的回忆。这项研讨也或许会让咱们找到一种新的办法，来辨认影响咱们说话和发声方法的人脑部位。