杜克大学Richard Mooney--从鸣唱到突触:发声学习的神经机制

brainnews  |   2020-05-13 07:07

来源:brainnews

我们非常高兴地邀请杜克大学的Dr Richard Mooney(理查德·穆尼博士)在2020年5月21日为大家带来一场激动人心的演讲,他将展示他对行为自由的鸣鸟学习的最新研究。

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Richard D. Mooney, PhD, PI

杜克大学

George Barth Geller神经生物学教授

神经生物学培训项目研究生院主任


研讨会主题内容

在哺乳动物和鸟类中,发声是社会识别和性信号传递的重要媒介。尽管许多类型的发声是天生的,鸣鸟学习求爱歌曲的过程与人类语言学习有很多相似之处。Mooney博士将讨论最新的进展,鸣鸟学习的神经机制,包括对声乐模型的听觉记忆,对鸣唱表达的神经控制,以及依赖基底神经节的发声探索和强化。

鸟类在鸣唱的时候端脑HVC神经元的钙成像信号 

北京时间5月212:00am


团队研究内容介绍

Mooney团队研究听觉和交流的神经生物学,特别强调声音学习、产生和感知的神经机制。方法包括对神经元的活体多光子成像,光遗传学,以及来自自由行为的鸣禽和小鼠的细胞内和细胞外记录。其研究目的是找出沟通的神经底物。同时使用鸣禽和啮齿动物来实现这些目标。鸣禽是少数几种学会发声的非人类动物之一,是识别发声学习神经机制的卓越模型。歌鸟是实现这一目的的理想之选,因为它有众所周知的用声音模仿其他鸟类歌唱的能力,而且它的大脑有一个离散的、相互连接的脑区星座(即歌唱控制核,统称为歌唱系统),这些区域在歌声的模式形成、感知、学习和维持方面发挥着作用。他们对鸣禽的研究主要集中在两个方面:阐明关于习得发声的听觉和运动信息在大脑中如何编码以及在哪里编码;确定听觉经验改变声音输出的机制,就像在声音学习的敏感期发生的那样。他们还研究了小鼠听力和发声的神经生物学。虽然小鼠看起来不是发声学习者,但它们确实会发声,并因它们的运动而发出其他声音。目前研究的一个主要重点是了解大脑的发声、运动和听觉区域在发声和其他发声行为中是如何相互作用的,以帮助有机体将自己产生的声音与环境中的其他声音区分开来。他们正在使用野生型和转基因小鼠来识别这种感觉运动整合形式背后的中枢神经机制。他们在研究中使用了广泛的技术,包括体内多光子神经元成像,自由行为动物神经活动的长期记录,体内和体外已识别神经元的细胞内记录,以及使用电微刺激、焦点冷却或光遗传方法操纵神经元活动。研究小组在病毒转基因方法和行为分析方面也有丰富的经验,特别是在量化发声的声学特征方面。总而言之,这些方法提供了一种广泛的技术途径来理解大脑是如何利用感觉信息来自适应地改变行为的。

教授文章介绍

使用Inscopix小显微镜观察斑胸草雀的神经元发表的文章:Toddy F Roberts, Richrad Mooney, etc. Identification of a motor-to-auditory pathway important for vocal learning. Nature Neruoscience 2017.

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学习发声依赖于自适应地修改发声元素的时间和频谱特征的能力。将运动相关信号传递到听觉系统的神经元被理论上认为是为了促进发声学习,但这种神经元的身份和功能仍然不清楚。穆尼博士研究团队识别了鸣鸟大脑中一种以前未知的神经元类型,它将发声运动信号传输到听觉皮质。对这些神经元进行基因敲除后,破坏了它们模仿成年鸣唱特征的能力。在成年鸟中,去除这些神经元对之前学习的歌曲几乎没有影响,但干扰了它们自适应修改发声元素持续时间的能力,并在很大程度上防止了通常由耳聋引起的歌曲时间特征的退化。这些发现确定了对发声模仿和发声计时的适应性调整至关重要的运动到听觉回路。



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