马萨诸塞大学阿默斯特分校的神经科学家在新的研究中证明，多巴胺在鸣禽学习复杂的新声音方面起着关键作用。
发表在《神经科学杂志》上的研究发现，多巴胺驱动斑胸草雀听觉皮层的可塑性，为进一步了解这种神经递质在编码复杂刺激的大脑区域中的功能奠定了新的基础。
“人们将多巴胺与奖励和愉悦联系起来，”主要作者马修斯·马塞多-利马说，他在资深作者卢克·雷马吉-希利的实验室进行了这项研究，并获得了博士学位。麻省大学阿默斯特分校神经科学与行为研究生课程的学生。“多巴胺参与学习是一个众所周知的概念。但关于大脑感觉处理相关区域多巴胺的知识是有限的。我们想了解多巴胺是否在这个大脑区域如何学习新声音中发挥作用或随着声音而变化。”
行为神经科学家、心理和脑科学教授 Remage-Healey 补充说，研究鸣禽的声音学习可以深入了解口语是如何学习的。“提出这种使用多巴胺结合声音和意义的策略的不仅仅是鸣禽。这里有一些平行的东西我们 - 作为人类 - 感兴趣。”
研究小组进行了一系列体外和体内实验，在显微镜下和正在观看视频和听到声音的活鸟的大脑中戳戳神经元。最终，科学家们获得了解剖学、行为学和生理学证据来支持他们关于多巴胺作用的假设。
研究人员使用抗体表明，鸣禽听觉大脑的许多类型的神经元中都存在多巴胺受体——它们可以是抑制性的或兴奋性的，还可能含有一种产生雌激素的酶。“Remage-Healey 博士的研究表明，在两性鸣禽的听觉大脑中，神经元会在社交场合产生雌激素，比如在听鸟鸣或看到另一只鸟时。我们认为多巴胺和雌激素可能在声音中协同作用学习过程，但这项工作侧重于多巴胺，因为关于多巴胺如何影响鸣禽大脑，我们仍然知之甚少，”马塞多-利马解释说，他现在是马里兰大学的博士后助理。
Macedo-Lima 开发了一个测试，类似于著名的巴甫洛夫的狗实验，其中鸟类独自坐在一个房间里，随机发出声音，紧接着是其他鸟类的无声视频。“我们希望关注无意义的声音——一种音调——与行为相关的事物之间的关联，这是视频中的另一只鸟，”他说。
研究人员使用一种已知在神经元经历变化或可塑性时表达的基因标记，观察了这种声音-视频配对后鸟类的听觉大脑区域。“我们发现左半球、听觉区域腹侧部分、表达多巴胺受体的神经元中这种基因表达的这种非常有趣的增加，反映了学习过程，并平行于人脑侧化进行语音学习，”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的电流。他们在一个培养皿中发现多巴胺激活会减少抑制并增加兴奋。
Remage-Healey 解释说：“这个调制器正在以一种降低停止信号并提高运行信号的方式调整系统。”“这是一种简单而强大的控制机制，可以控制动物如何潜在地编码声音。这是一种神经化学杠杆，可以改变刺激在大脑这一部分的记录和传递方式。”
然后，该团队无痛地探测了活禽的脑细胞。“当我们输送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，当我们提供多巴胺激动剂时，抑制性神经元的放电较少，而兴奋性神经元的放电较多。”
当鸟儿听到其他鸣禽的鸟鸣时，也会发生同样的效果——当多巴胺激活发生时，兴奋性神经元反应更多，抑制性神经元反应更少。Macedo-Lima 说：“我们很高兴在活的动物身上复制我们在盘子里看到的真实相关声音。”
多巴胺激活也使这些神经元无法适应呈现给动物的新歌曲，这有力地证实了多巴胺在感觉学习中的作用的假设。“我们目前不知道多巴胺如何影响大多数动物的感觉学习，”Macedo-Lima 说，“但这项研究提供了许多线索，说明这种机制如何在需要学习复杂声音的脊椎动物中发挥作用，比如人类。”
