Речь учится.
Это важные шаги в нашем интеллектуальном развитии, но многие компоненты обучения вокалу остаются загадкой.
Как мозг кодирует воспоминания, необходимые для имитации речи наших родителей? И могут ли ученые вмешаться, когда процесс идет наперекосяк??
Исследователи из UT Southwestern начали отвечать на эти вопросы в новом исследовании певчих птиц, которое показывает, что воспоминания могут быть имплантированы в мозг для обучения вокализации – без каких-либо уроков от родителей.
Хотя результаты не имеют непосредственного значения для лечения пациентов, они дают убедительные подсказки о том, где искать в человеческом мозгу, чтобы лучше понять аутизм и другие состояния, влияющие на язык.
«Это первый раз, когда мы подтвердили, что области мозга, которые кодируют воспоминания о поведенческих целях – те воспоминания, которые направляют нас, когда мы хотим имитировать что-либо, от речи до обучения игре на фортепиано», – сказал доктор.
Тодд Робертс, нейробиолог из Института мозга О’Доннелла в Юго-Западном Университете штата Калифорния. "Полученные данные позволили нам передать эти воспоминания птицам и научить их пению."
Активирующие нейроны
В исследовании, опубликованном в журнале Science, рассказывается, как ученые активировали цепь нейронов с помощью оптогенетики – относительно нового инструмента, который использует свет для мониторинга и контроля активности мозга.
Исследователи использовали зебровых зябликов, потому что они разделяют многие этапы развития вокала человека: в раннем возрасте птицы слышат пение своих отцов и, в конечном итоге, запоминают ноты. Они учатся повторять поведение после того, как практиковались десятки тысяч раз.
Контролируя взаимодействие между двумя областями мозга, доктор.
Команда Робертса закодировала воспоминания у зебровых зябликов, у которых не было опыта обучения от их отцов. Птицы использовали эти воспоминания, чтобы выучить слоги своей песни, при этом продолжительность каждой ноты соответствовала количеству времени, в течение которого свет поддерживал активность нейронов. Чем короче световая выдержка, тем короче записка.
«Мы не учим птицу всему, что ей нужно знать – мы учим только продолжительность слогов в ее песне», – сказал доктор.
Робертс сказал. "Две области мозга, которые мы тестировали в этом исследовании, представляют собой лишь одну часть головоломки."
Тем не менее, это открытие примечательно, потому что оно открывает новые возможности для исследований, позволяющих выявить больше мозговых цепей, влияющих на другие аспекты вокализации, такие как высота и порядок каждого звука.
«Если мы выясним эти другие пути, мы могли бы гипотетически научить птицу петь свою песню без какого-либо взаимодействия со стороны ее отца», -. Робертс сказал. "Но мы далеки от того, чтобы сделать это."
Ориентация на речевые расстройства
Это последнее открытие из серии открытий лаборатории Робертса, которая специализируется на документировании того, как мозг функционирует во время обучения вокалу. Картируя нейронные процессы, участвующие в обучении птиц песням спаривания, ученые надеются когда-нибудь использовать эти знания для нацеливания на определенные речевые гены, которые нарушены у пациентов с аутизмом или другими нарушениями нервного развития.
Среди других недавних проектов Dr. Команда Робертса определила сеть нейронов, которая играет жизненно важную роль в обучении вокализации, помогая общаться между двигательной и слуховой областями мозга. Его лаборатория также ведет текущее исследование, финансируемое федеральной исследовательской программой BRAIN Initiative.
Имплантация воспоминаний
Результаты, описанные в исследовании Science, открывают новые возможности для установления того, как формируются воспоминания о поведенческих целях, и их роли в обучении вокализации.
«Было трудно изучать такие воспоминания в лаборатории, потому что мы не знали, где они закодированы», – сказал доктор.
Робертс сказал.
Его команда нашла некоторые из этих ответов, проверив связи между сенсомоторными областями мозга.
В частности, исследователи использовали оптогенетику для управления активностью нейронов в области мозга NIf и для управления информацией, которую он отправляет в HVC, еще одну область мозга, участвующую в обучении на основе слухового опыта.
Помимо документирования роли NIf в формировании специфических для слогов воспоминаний, доктор.
Команда Робертса обнаружила, что эти воспоминания хранились где-то еще в мозгу после их формирования. Ученые показали это, прервав связь между NIf и HVC на разных этапах процесса обучения: зебровые зяблики, которые уже сформировали память, все еще могли исполнять песню, в то время как те, которые обучались только после того, как нейронная связь была прервана, не могли копировать песня.
Доктор. Робертс сказал, что его лаборатория изучит другие области мозга, которые несут различную информацию в HVC, в надежде получить более полное представление о том, как формируются дополнительные свойства воспоминаний о поведенческих целях.
«Человеческий мозг и пути, связанные с речью и языком, намного сложнее, чем схемы певчей птицы», – сказал доктор. Робертс сказал. "Но наше исследование дает убедительные подсказки о том, где можно найти более подробную информацию о нарушениях нервного развития."