科學家成功以光遺傳學控制大腦,植入記憶教會鳥類唱歌

斑胸草雀(圖:Flickr/Michael Lawton)

在成長的階段,嬰兒能透過模仿父母說話的聲音而逐漸學會語言,而大腦如何將這些資訊存取在神經網路內,仍然是一大謎團。日前,美國德州大學西南醫學中心(UT Southwestern)研究團隊成功以植入記憶的方式教導鳥類唱歌,為此問題的研究跨出了重大的進展。

植入記憶

研究團隊選擇以斑胸草雀(zebra finches)進行研究,因為這種鳥類與人類的語言能力發展過程有許多相似處,同樣是透過聆聽父母的聲音來記住音節。在研究中,團隊使用光遺傳學(optogenetics)技術來控制大腦的活動,並將實驗鳥從未學習過的音節記憶植入大腦的兩個區域。研究團隊以光照刺激神經長度來代表該音節的持續時間,將這些資訊植入斑胸草雀的大腦中。僅藉由這些資訊,實驗鳥就成功學會了研究團隊設定的歌曲。

此研究的負責人托德·羅伯玆博士(Todd Roberts)表示:「我們沒有教給牠所有的資訊,僅僅是歌曲中每個音節的持續長度而已。在實驗中我們測試的兩個大腦區域也只是整個謎團中的一部份而已。如果我們找到其他路徑,就能教一隻鳥唱歌而完全無需父母的介入。但要做到這點,我們還有很長的路要走。」

兩個重要的大腦區域

研究團隊發現,在語言學習過程中,兩個重要的大腦區域是 Nlf 與 HVC。在研究過程中,團隊透過光遺傳學技術操控 Nlf 傳送訊息至 HVC 中。羅伯茲博士發現,音節相關的記憶除了會在 Nlf 區域形成外,也會傳送至大腦其他部分存放。因為即使將已學會這些音節的斑胸草雀其兩區域的神經溝通路經中斷,仍然能唱出植入音節的歌曲。

未來發展

羅伯玆博士表示團隊接下來將會進一步檢驗,是否有大腦的其他區域也會傳遞訊息至 HVC,希望能更了解此種語言學習記憶的形成過程。

雖然此研究結果目前無法用於治療病患,但仍為後續研究者提供可靠的線索,以便深入了解自閉症或其他病症在大腦內如何影響語言障礙患者的語言狀況。羅伯玆博士進一步表示:「人類大腦的神經網路遠比鳥禽的大腦複雜,但我們的研究能提供相關線索來進行神經發展障礙(neurodevelopmental)的研究。」

參考資料:

  1. Implanted memories teach birds a song. (2019, October 3). ScienceDaily
  2. Zhao, W., et al., (2019, October 4). Inception of memories that guide vocal learning in the songbird. Science DOI:10.1126/science.aaw4226
Kyle
編輯,臺灣科技大學材料科學與工程系學生,平日喜歡閱讀、騎車,衝浪。

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