李東風(fēng)， 馮 理， 劉少藝， 張 萌

(華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510631)

界面核和高級(jí)發(fā)聲中樞與鳴禽鳴曲的學(xué)習(xí)和維持

李東風(fēng)*， 馮 理**， 劉少藝， 張 萌

(華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510631)

鳴禽鳴唱和人類(lèi)語(yǔ)言都是經(jīng)過(guò)后天學(xué)習(xí)而獲得的.幼鳥(niǎo)在學(xué)習(xí)鳴唱時(shí)先記住教習(xí)曲模板，再通過(guò)發(fā)聲反饋比較自鳴曲和模板并調(diào)整發(fā)聲輸出，成年后同樣需要聽(tīng)覺(jué)反饋來(lái)維持自鳴曲的特征和穩(wěn)定.因此，鳴禽聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)刺激的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)整合非常重要.近年研究發(fā)現(xiàn)，感覺(jué)期幼鳥(niǎo)編碼并記憶模板的過(guò)程需要NIf-HVC投射的參與；這一突觸聯(lián)系與維持成年鳴禽可塑性鳴曲空間特征和鳴曲節(jié)律至關(guān)重要.其中，NMDAR、AchR和NE可能參與調(diào)節(jié)NIf-HVC突觸的效能.HVC類(lèi)似于人類(lèi)的Broca’s Area，而NIf類(lèi)似于人類(lèi)的Spt區(qū),因此研究NIf-HVC突觸在神經(jīng)環(huán)路中的作用有助于揭示人類(lèi)這2個(gè)腦區(qū)在語(yǔ)言形成中潛在的功能，有利于探索發(fā)聲過(guò)程相關(guān)的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)信息整合的機(jī)制.

鳴唱學(xué)習(xí); 聽(tīng)覺(jué)反饋; NIf; HVC; 感覺(jué)運(yùn)動(dòng)信息整合

與人類(lèi)語(yǔ)言相似，鳴禽鳴唱是一種復(fù)雜的習(xí)得性行為，通過(guò)教習(xí)完成.在發(fā)育期，鳴禽幼鳥(niǎo)通過(guò)聽(tīng)覺(jué)反饋(auditory feedback)評(píng)價(jià)并調(diào)整發(fā)聲輸出的運(yùn)動(dòng)模式，練習(xí)自鳴曲(Birds own songs, BOS)以匹配感覺(jué)期記住的教習(xí)曲模板(template)[1].成年后，雄鳥(niǎo)仍需要聽(tīng)覺(jué)反饋維持定型鳴曲(crystallized song)空間和時(shí)間的結(jié)構(gòu)特征.有人認(rèn)為鳴曲維持是鳴曲學(xué)習(xí)的延伸[2]，因?yàn)檫@2個(gè)階段都是通過(guò)聽(tīng)覺(jué)反饋使BOS匹配于內(nèi)化的鳴曲模板.所以鳴禽是一種研究感覺(jué)運(yùn)動(dòng)信息整合機(jī)制的重要模型，這種機(jī)制與人類(lèi)的語(yǔ)言學(xué)習(xí)密切相關(guān).

鳴唱的學(xué)習(xí)和維持依賴(lài)于鳴唱系統(tǒng)(song system)和聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)(auditory system)的活動(dòng).鳴禽鳴曲的產(chǎn)生由一些感覺(jué)運(yùn)動(dòng)核團(tuán)所控制，這些核團(tuán)稱(chēng)為鳴唱系統(tǒng).有2條主要的通路：發(fā)聲運(yùn)動(dòng)通路(vocal motor pathway, VMP)和前端腦通路(anterior forebrain pathway, AFP).發(fā)聲運(yùn)動(dòng)通路起源于高級(jí)發(fā)聲中樞(high vocal center, HVC)，投射至前運(yùn)動(dòng)核團(tuán)弓狀皮質(zhì)櫟核(robust nucleus of the arcopallium, RA), 換元后再投射至腦干的呼吸和發(fā)聲運(yùn)動(dòng)核團(tuán).前端腦通路也由HVC發(fā)出，由基底核-丘腦-皮質(zhì)環(huán)路組成，與HVC-RA匯合.發(fā)聲運(yùn)動(dòng)通路主要負(fù)責(zé)鳴曲的產(chǎn)生，前端腦通路與幼鳥(niǎo)鳴唱的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)以及成鳥(niǎo)鳴曲的可塑性相關(guān)[3].鳴禽中的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)主要包括與哺乳類(lèi)聽(tīng)皮質(zhì)同源的L區(qū)(Field L complex，F(xiàn)ield L)、巢狀皮質(zhì)尾內(nèi)側(cè)區(qū)(caudomedial nidopallium, NCM,相當(dāng)于人腦Wernicke’s Area)和舊皮質(zhì)尾部(caudal mesopallium, CM)等結(jié)構(gòu)[4].鳴唱系統(tǒng)和聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)之間的聯(lián)系相對(duì)有限，大多數(shù)聽(tīng)覺(jué)核團(tuán)投射至HVC周?chē)腍VC殼(HVC shelf)和RA周?chē)谋瓍^(qū)(RA cup)，只有界面核(Nucleus Interfacialis nidopallii, NIf)能把來(lái)自丘腦葡萄形核 (uvaeformis, Uva)的聽(tīng)覺(jué)和感覺(jué)信息直接上傳至HVC(圖1).因此，NIf-HVC突觸聯(lián)系是聽(tīng)覺(jué)信息直接傳遞至HVC的最主要來(lái)源，其功能研究成為熱點(diǎn).有研究表明，NIf可明顯影響HVC自身的神經(jīng)活動(dòng)[5]，是正常鳴唱產(chǎn)生所必需的，同時(shí)NIf-HVC投射與幼鳥(niǎo)模板記憶和成鳥(niǎo)鳴曲維持有關(guān)，表明該突觸聯(lián)系在鳴禽鳴唱中發(fā)揮重要作用.了解NIf-HVC的功能有助于探討鳴唱系統(tǒng)和聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)對(duì)信息的整合作用.

傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，鳴禽感覺(jué)期模板形成和儲(chǔ)存的位點(diǎn)可能是某個(gè)聽(tīng)覺(jué)核團(tuán)或整個(gè)聽(tīng)覺(jué)通路.CLAYTON等[6]檢測(cè)20～30 d斑胸草雀NCM中與長(zhǎng)時(shí)記憶相關(guān)的Zenk蛋白表達(dá)，與感覺(jué)模板獲得的時(shí)期相一致，推測(cè)NCM可能是模板儲(chǔ)存的位點(diǎn).HELEKAR等[7]也有相同的結(jié)論，同時(shí)發(fā)現(xiàn)NCM對(duì)教習(xí)曲聽(tīng)覺(jué)刺激有特異性反應(yīng).而B(niǎo)OLHUIS等[8-9]認(rèn)為鳴禽和鸚鵡NCM和舊皮層尾中部區(qū)(caudomedial mesopallium, CMM)參與處理有關(guān)鳴曲的感覺(jué)信息，這2個(gè)核團(tuán)可能是模板記憶的存儲(chǔ)位點(diǎn)，而且成年斑胸草雀NCM是否激活和鳴唱學(xué)習(xí)的質(zhì)量相關(guān).

圖1 鳴禽的鳴唱通路和聽(tīng)覺(jué)通路[10]

1 運(yùn)動(dòng)核團(tuán)HVC參與教習(xí)曲模板記憶

近期研究發(fā)現(xiàn)，HVC的功能可受到聽(tīng)覺(jué)信息的影響.樹(shù)突棘是脊椎動(dòng)物腦中興奮性突觸傳遞的主要位點(diǎn)，突觸效能的增強(qiáng)伴隨樹(shù)突棘穩(wěn)定性、數(shù)目和直徑等形態(tài)的變化.2010年，MOONEY等[11]將雄性斑胸草雀幼鳥(niǎo)從孵化后就一直隔離于親鳥(niǎo)教習(xí)曲直至感覺(jué)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)期，然后使用掃描雙光子顯微鏡(Scanning Two-Photon Microscope)觀(guān)察這些隔離的幼鳥(niǎo)首次教習(xí)前后HVC投射神經(jīng)元樹(shù)突棘形態(tài)的變化，發(fā)現(xiàn)教習(xí)經(jīng)歷中的聽(tīng)覺(jué)信息可迅速穩(wěn)定high-turnover組(HT組，turnover=100 (Nspine gained+Nspine loss)/2Nspine total)幼鳥(niǎo)中HVC樹(shù)突棘，使其密度增加、體積增大.同時(shí)電生理研究表明，教習(xí)后HVC的自發(fā)突觸活動(dòng)增強(qiáng).相反，手術(shù)摘除成年雄鳥(niǎo)雙側(cè)耳蝸后，發(fā)現(xiàn)致聾后HVC投射至X區(qū)的神經(jīng)元(HVCX)樹(shù)突棘直徑變小，同時(shí)樹(shù)突棘形態(tài)不穩(wěn)定，這不利于突觸之間信息的傳遞.對(duì)HVCX神經(jīng)元進(jìn)行全細(xì)胞膜片鉗記錄表明，雖然致聾后HVCX神經(jīng)元自發(fā)的去極化突觸后電位(spontaneous depolarizing postsynaptic potentials, dPSPs)和自發(fā)動(dòng)作電位的平均頻率沒(méi)有顯著影響，但dPSPs的幅度降低，同時(shí)峰間距(inter-spike intervals, ISIs)時(shí)程縮短，表明聽(tīng)覺(jué)隔離可降低HVCX神經(jīng)元自發(fā)突觸活動(dòng)的幅度，選擇性弱化HVC支配AFP中的突觸，而此環(huán)路是聽(tīng)覺(jué)依賴(lài)的發(fā)聲可塑性所必需的.行為學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，致聾降低了鳴曲的熵值，表明鳴曲退化[12].因此，聽(tīng)覺(jué)信息(教習(xí)曲刺激或聽(tīng)覺(jué)隔離)可以誘導(dǎo)HVC結(jié)構(gòu)和功能的變化，從而改變HVC傳遞至下游核團(tuán)的信息，最終影響鳴曲的特征.這暗示HVC可能參與對(duì)聽(tīng)覺(jué)信息的處理和加工過(guò)程.那么，作為聽(tīng)覺(jué)信息與鳴唱運(yùn)動(dòng)信息整合的主要位點(diǎn)，HVC在幼鳥(niǎo)感覺(jué)期，即模板的形成時(shí)期中是否發(fā)揮重要作用呢？HVC是否對(duì)教習(xí)曲有特異性反應(yīng)并參與編碼記憶模板呢？

研究者以往只關(guān)注HVC對(duì)親鳥(niǎo)教習(xí)曲聽(tīng)覺(jué)刺激的反應(yīng)，然而幼年斑胸草雀在教習(xí)期間不僅能聽(tīng)到教習(xí)曲，還會(huì)聽(tīng)到BOS或其它聲音.如果單純用藥物阻斷HVC活動(dòng)，則不清楚獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由于發(fā)聲運(yùn)動(dòng)通路的變化引起還是對(duì)教習(xí)曲或自鳴曲等聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)所引起.為了檢測(cè)HVC是否參與編碼教習(xí)曲模板，MOONEY等[13]采用光遺傳技術(shù)(optogenetics technology)對(duì)HVC核團(tuán)進(jìn)行精確調(diào)控，先將一種對(duì)光敏感的陽(yáng)離子通道蛋白(human channelrhodopsin-2, hChR2)轉(zhuǎn)染至HVC，利用不同頻率的光抑制HVC核團(tuán)中光敏感蛋白的活性，從而實(shí)現(xiàn)控制HVC的活動(dòng).這種技術(shù)能準(zhǔn)確可靠地控制毫秒級(jí)別的神經(jīng)活動(dòng)，調(diào)節(jié)興奮性和抑制性突觸傳遞，具有空間上的特異性和時(shí)間上的精確性[14].在幼鳥(niǎo)聽(tīng)到教習(xí)曲時(shí)給特定頻率的光刺激抑制幼鳥(niǎo)HVC的活動(dòng)，而不在其它時(shí)間干擾HVC功能.幼鳥(niǎo)只在實(shí)驗(yàn)期間才接觸到教習(xí)曲，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后隔離處理，直至幼鳥(niǎo)成年(>90 d).檢測(cè)成年后鳴曲與教習(xí)曲的相似度發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組教習(xí)過(guò)程中抑制HVC的幼鳥(niǎo)，成年后的鳴曲與教習(xí)曲差異明顯，而與從未教習(xí)過(guò)的隔離組幼鳥(niǎo)成年后鳴曲的相似性水平相當(dāng)(圖2A).此實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，HVC受到干擾的幼鳥(niǎo)沒(méi)有記住鳴唱模板，表明HVC在感覺(jué)期參與教習(xí)曲模板的編碼.

為了更加精確地證明HVC參與感覺(jué)期模板的編碼，MOONEY等[13]改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)，將幼鳥(niǎo) (感覺(jué)期，43～53 d)雙側(cè)HVC植入微電極，教習(xí)期間軟件識(shí)別某個(gè)特定音節(jié)(syllable c)出現(xiàn)時(shí)觸發(fā)電刺激抑制HVC的活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后再將幼鳥(niǎo)隔離處理，檢測(cè)幼鳥(niǎo)成年后鳴曲c音節(jié)與教習(xí)曲c音節(jié)的相似程度.這些微刺激干擾的鳥(niǎo)無(wú)法復(fù)制教習(xí)曲中的音節(jié)c，但是可準(zhǔn)確學(xué)會(huì)前一個(gè)和后一個(gè)音節(jié)(圖2B).與光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致，這些幼鳥(niǎo)在教習(xí)時(shí)因?yàn)镠VC的活動(dòng)受到干擾沒(méi)有記住這些音節(jié)或鳴曲，推測(cè)可能是由于感覺(jué)期相應(yīng)模板的編碼受到影響，因此推測(cè)運(yùn)動(dòng)核團(tuán)HVC參與編碼教習(xí)曲的聽(tīng)覺(jué)信息，是幼鳥(niǎo)模板形成過(guò)程中所必需的.

(A)使用光遺傳學(xué)技術(shù)干擾感覺(jué)期教習(xí)中的幼鳥(niǎo)HVC活動(dòng)可影響幼鳥(niǎo)對(duì)教習(xí)曲的復(fù)制.灰色為實(shí)驗(yàn)組；黑色表示對(duì)照組；灰色填充菱形代表一直從未受到教習(xí)的隔離組幼鳥(niǎo)；黑色填充菱形代表教習(xí)時(shí)一直沒(méi)有接觸到光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中教習(xí)者的幼鳥(niǎo)，以排除社會(huì)情景對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響. (B)在鳴曲中特定音節(jié)c出現(xiàn)時(shí)微刺激抑制HVC活動(dòng)的幼鳥(niǎo)成年后無(wú)法復(fù)制音節(jié)c.

圖2 干擾感覺(jué)期教習(xí)時(shí)，幼鳥(niǎo)HVC的神經(jīng)活動(dòng)可影響鳴曲的復(fù)制[13]

Figure 2 Disruption of neural activity in the pupil’s HVC during tutoring impairs copying[13]

2 NIf-HVC突觸聯(lián)系與教習(xí)曲模板的形成

NIf是輸入至HVC的主要聽(tīng)覺(jué)核團(tuán).為了驗(yàn)證NIf在感覺(jué)期是否影響幼鳥(niǎo)模板的編碼，MOONEY等[13]在首次教習(xí)前，將斑胸草雀隔離至36～47 d，損傷雙側(cè)NIf核團(tuán)，教習(xí)結(jié)束后再隔離至成年(>90 d),比較幼鳥(niǎo)自鳴曲和教習(xí)曲的相似度.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，損傷NIf可嚴(yán)重影響幼鳥(niǎo)對(duì)教習(xí)曲的模仿，同時(shí)NIf的損傷程度與自鳴曲和教習(xí)曲的相似度成反比.這暗示幼鳥(niǎo)感覺(jué)期教習(xí)曲的聽(tīng)覺(jué)信息可能通過(guò)NIf傳入HVC.為了檢測(cè)NIf損傷對(duì)教習(xí)曲記憶的影響，每天上午教習(xí)前向NIf注入河豚毒素(TTX)可逆性抑制NIf，教習(xí)后注入生理鹽水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)幼鳥(niǎo)鳴曲與教習(xí)曲的相似性下降，與對(duì)照組(教習(xí)前注入生理鹽水，教習(xí)后注入TTX)呈極顯著性差異，表明NIf失活嚴(yán)重干擾幼鳥(niǎo)對(duì)教習(xí)曲的記憶.這些發(fā)現(xiàn)表明，感覺(jué)期NIf輸入至HVC的信息是編碼教習(xí)曲模板所必不可少的.除了NIf外，聽(tīng)覺(jué)核團(tuán)Field L可投射至HVC外圍的HVC shelf[15].同樣在教習(xí)前向幼鳥(niǎo)Field L注入TTX，發(fā)現(xiàn)這些抑制L區(qū)的幼鳥(niǎo)自鳴曲與教習(xí)曲仍有很高的相似性，與對(duì)照組(教習(xí)后注入TTX)無(wú)顯著性差異，說(shuō)明感覺(jué)期間聽(tīng)覺(jué)信息可能不是經(jīng)過(guò)Field L輸入鳴唱系統(tǒng).這些實(shí)驗(yàn)表明了NIf-HVC突觸聯(lián)系在感覺(jué)期參與整合教習(xí)曲的記憶以及模板編碼過(guò)程，暗示模板的形成可能是聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)和鳴唱系統(tǒng)對(duì)聽(tīng)覺(jué)信息共同整合、加工和編碼的結(jié)果.

關(guān)于鳴禽幼鳥(niǎo)在感覺(jué)期對(duì)模板的編碼有2種假說(shuō).傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，教習(xí)曲聽(tīng)覺(jué)信息的編碼只限于聽(tīng)覺(jué)環(huán)路，當(dāng)幼鳥(niǎo)進(jìn)行發(fā)聲練習(xí)時(shí)，聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)將模板信息提取出來(lái)并傳遞至HVC，然后根據(jù)聽(tīng)覺(jué)反饋評(píng)價(jià)BOS的質(zhì)量，通過(guò)AFP對(duì)BOS進(jìn)行調(diào)整.而MOONEY[13]認(rèn)為聽(tīng)覺(jué)模板的記憶很可能是聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)和鳴唱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)共同處理整合的結(jié)果，但是模板編碼或儲(chǔ)存的位點(diǎn)還不確定，可能2個(gè)系統(tǒng)同時(shí)參與模板的編碼.傳統(tǒng)意義上的模板只是聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)和發(fā)聲運(yùn)動(dòng)通路對(duì)同一教習(xí)曲聽(tīng)覺(jué)信息共同編碼整合后固定下來(lái)的一種神經(jīng)發(fā)放模式.還有一種可能是聽(tīng)覺(jué)信息通過(guò)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)傳遞至HVC，通過(guò)對(duì)聽(tīng)覺(jué)信息的加工再編碼后才能儲(chǔ)存到聽(tīng)覺(jué)通路，即運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)起到了對(duì)聽(tīng)覺(jué)信息的篩選和門(mén)控(Gating)作用.

前文提到，HVC神經(jīng)元的樹(shù)突棘形態(tài)在首次教習(xí)前后會(huì)發(fā)生變化.在鼠的研究中，認(rèn)為樹(shù)突棘的形態(tài)變化與突觸后N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-Methyl-D-Aspartate Receptor, NMDAR)的活動(dòng)有關(guān)[16].為了檢測(cè)鳴禽幼鳥(niǎo)HVC樹(shù)突棘在教習(xí)后增大是否依賴(lài)于NMDAR，MOONEY等[13]在幼鳥(niǎo)每天教習(xí)前向HVC注入NMDAR阻斷劑APV，通過(guò)雙光子成像技術(shù)觀(guān)察每次教習(xí)后HVC神經(jīng)元樹(shù)突棘形態(tài)是否發(fā)生變化.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，注入APV的教習(xí)組中HVC樹(shù)突棘形態(tài)與教習(xí)前相比沒(méi)有顯著性變化，表明幼鳥(niǎo)感覺(jué)期教習(xí)曲聽(tīng)覺(jué)信息誘發(fā)的HVC樹(shù)突棘的形態(tài)變化同樣依賴(lài)于NMDAR，暗示HVC參與教習(xí)曲聽(tīng)覺(jué)信息的處理和模板的形成可能與NMDAR活動(dòng)有關(guān)，推測(cè)如果阻斷感覺(jué)期幼鳥(niǎo)HVC中NMDAR可能影響幼鳥(niǎo)對(duì)教習(xí)曲的記憶，而這一觀(guān)點(diǎn)也在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí).每次教習(xí)前將APV注入隔離至感覺(jué)期的幼鳥(niǎo)(43～53 d)HVC，教習(xí)后注入生理鹽水，實(shí)驗(yàn)連續(xù)5 d，結(jié)束后隔離直至成年.與對(duì)照組(教習(xí)前注入生理鹽水且教習(xí)后注入APV)相比，實(shí)驗(yàn)組APV處理過(guò)的幼鳥(niǎo)成年后和教習(xí)曲的相似性降低.這些實(shí)驗(yàn)說(shuō)明NIf-HVC在編碼教習(xí)曲聽(tīng)覺(jué)記憶的過(guò)程與突觸后NMDAR的活動(dòng)相關(guān).這一結(jié)論與之前在鼠中的研究是一致的[16]，NMDAR參與介導(dǎo)突觸可塑性，突觸這種效能強(qiáng)弱的變化與動(dòng)物的記憶有關(guān).

NIf-HVC聯(lián)系還可能受到去甲腎上腺素(noradrenaline，NE)的調(diào)節(jié).已有實(shí)驗(yàn)表明，NE可影響鳴禽幼鳥(niǎo)NCM對(duì)教習(xí)曲的記憶和幼年家雞視覺(jué)的銘記(imprinting)[17].免疫組織化學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，NIf有酪氨酸羥化酶(TH)的表達(dá)，暗示NIf可能接受兒茶酚胺類(lèi)神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)節(jié).SCHMIDT等將NE注入NIf后發(fā)現(xiàn)，NE對(duì)NIf和同側(cè)HVC的自發(fā)活動(dòng)和聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)有非常復(fù)雜的影響[18]，出現(xiàn)一種門(mén)控現(xiàn)象[19].將低濃度NE(0.5 mmol/L或1 mmol/L)注入NIf可降低同側(cè)HVC自發(fā)和誘發(fā)活動(dòng)，但增強(qiáng)HVC對(duì)BOS的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng).HVC這種對(duì)BOS的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)只有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物被注入低劑量的安定(diazepam)后出現(xiàn)的鎮(zhèn)靜狀態(tài)時(shí)才能檢測(cè)到[20]，現(xiàn)在認(rèn)為鎮(zhèn)靜狀態(tài)下的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)與鳴禽發(fā)聲學(xué)習(xí)有關(guān).相反，高濃度(5 mmol/L) NE可抑制NIf和HVC的活動(dòng)，同時(shí)抑制對(duì)BOS的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)，向NIF注入8 mmol/L NE則完全觀(guān)察不到同側(cè)HVC對(duì)BOS的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng).由此可見(jiàn)，NE參與調(diào)節(jié)NIf-HVC突觸的效能，但這種門(mén)控對(duì)鳴禽鳴唱時(shí)NIf-HVC突觸的影響以及在幼鳥(niǎo)感覺(jué)期時(shí)的作用還不清楚，需要進(jìn)一步探討NE對(duì)NIf-HVC突觸的影響是否與感覺(jué)期幼鳥(niǎo)編碼記憶聽(tīng)覺(jué)模板相關(guān).

3 NIF-HVC與成鳥(niǎo)鳴曲的產(chǎn)生和維持

NIf接受來(lái)自CM，Uva的軀體感覺(jué)、視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)等方面信息，再傳遞至HVC.因此，NIf輸入至鳴唱系統(tǒng)的信息是比較復(fù)雜的，在鳴禽鳴曲的產(chǎn)生和維持中有著極其重要的作用.

NIf可驅(qū)動(dòng)HVC神經(jīng)元的自發(fā)興奮性活動(dòng)[21].在體記錄麻醉狀態(tài)下鳴禽NIf和HVC細(xì)胞內(nèi)活動(dòng)表明，NIf的自發(fā)放領(lǐng)先于HVC (HVC神經(jīng)元可分為3類(lèi)：投射至RA的神經(jīng)元HVCRA、中間神經(jīng)元HVCINT和投射至X區(qū)的神經(jīng)元HVCX)的興奮性突觸后電位(EPSPs)，抑制或損毀NIf活動(dòng)明顯減弱了HVC對(duì)聽(tīng)覺(jué)刺激的反應(yīng)并降低HVC神經(jīng)元的自發(fā)放.將GABAA受體激動(dòng)劑蠅蕈醇(muscimol)或Na+通道阻斷劑利多卡因(lidocaine)注入到NIf后可引起HVC短暫的無(wú)發(fā)放現(xiàn)象，但HVCINT在NIf抑制后仍有發(fā)放.抑制CM可引起HVC對(duì)聽(tīng)覺(jué)刺激反應(yīng)的消失，表明HVC也接受來(lái)自CM的聽(tīng)覺(jué)輸入，尤其是CM中的Av核團(tuán)[5].Av、NIf和HVC這3個(gè)核團(tuán)形成了環(huán)路(圖3)，使聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)和鳴唱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相互聯(lián)系，成為感覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相互影響的神經(jīng)解剖基礎(chǔ)之一.這一環(huán)路與鳴曲學(xué)習(xí)和產(chǎn)生相關(guān)[13，22].

圖3 Uva和Av-NIf-HVC感覺(jué)運(yùn)動(dòng)環(huán)路之間的聯(lián)系[23]

在睡眠或安靜狀態(tài)下，NIf可驅(qū)動(dòng)HVC和RA的發(fā)放[23].在體電生理多單位記錄(multi-recording)表明，NIf、HVC和RA三個(gè)核團(tuán)的發(fā)放活動(dòng)是相似的.與聲譜學(xué)的研究相結(jié)合，表明NIf活動(dòng)提前于鳴曲的輸出并持續(xù)到整首鳴曲結(jié)束，同時(shí)在音節(jié)產(chǎn)生之前很短的時(shí)間內(nèi).整個(gè)音節(jié)活動(dòng)強(qiáng)度最強(qiáng)，在音節(jié)間隔最弱.NIf和HVC都接受Uva的投射，Uva核團(tuán)中有2種投射神經(jīng)元：投射至NIf的UvaNIf和HVC的UvaHVC.睡眠中，UvaHVC神經(jīng)元抑制HVCINT和RA活動(dòng)，抑制RA對(duì)BOS的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)，如果藥物抑制Uva則提高HVCInt和RA神經(jīng)元發(fā)放活動(dòng)以及RA對(duì)BOS聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)，表明Uva可直接影響鳴唱運(yùn)動(dòng)通路的活動(dòng).而UvaNIf神經(jīng)元通過(guò)NIf間接將興奮性信息輸入至HVCInt，UvaNIf電位發(fā)放先于HVCInt，抑制NIf則完全觀(guān)察不到HVCInt的活動(dòng)，表明Uva間接輸入至HVC的信息受到NIf的調(diào)節(jié)，NIf可能增強(qiáng)UvaNIf的輸入.因此，睡眠中NIf通過(guò)調(diào)節(jié)Uva輸入至HVC的興奮性投射，影響發(fā)聲運(yùn)動(dòng)通路HVC和RA的活動(dòng).但這種調(diào)節(jié)活動(dòng)受到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行為狀態(tài)的影響，如接受少量安定注射后的斑胸草雀受到感覺(jué)刺激而喚醒后，UvaHVC活動(dòng)增強(qiáng)，RA不產(chǎn)生電位的發(fā)放[23].此時(shí)NIf和HVC對(duì)BOS的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)也被抑制，SCHMIDT[17]認(rèn)為感覺(jué)刺激可能使NE釋放，抑制了HVC的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng).為了證明此觀(guān)點(diǎn)，將NE受體的阻斷劑注入NIf后仍使用同樣的刺激，在HVC則可記錄到對(duì)BOS的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)，表明NIf對(duì)運(yùn)動(dòng)通路的調(diào)節(jié)可受到NE的影響.這些實(shí)驗(yàn)在一定程度上揭示了感覺(jué)通路對(duì)運(yùn)動(dòng)通路信息輸出的影響，說(shuō)明感覺(jué)運(yùn)動(dòng)整合過(guò)程的復(fù)雜性和多元化.

在睡眠或麻醉狀態(tài)下的鳴禽，對(duì)NIf和HVC進(jìn)行在體電生理記錄發(fā)現(xiàn)，這2個(gè)核團(tuán)對(duì)BOS或其它聽(tīng)覺(jué)刺激有特異的反應(yīng).作為NIf的上級(jí)輸入核團(tuán)，CM中有些神經(jīng)元對(duì)BOS有特異的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)，但有些神經(jīng)元卻無(wú)此現(xiàn)象，這暗示對(duì)BOS強(qiáng)烈的特異性反應(yīng)是NIf核團(tuán)加工整合的結(jié)果.NIf對(duì)BOS或相似的鳴曲，如逆序自鳴曲(REV)和同種鳴曲都有聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)，但HVC僅對(duì)BOS有特異的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)，而對(duì)非自鳴曲則無(wú)電位發(fā)放，暗示HVC對(duì)BOS的特異性反應(yīng)也是HVC對(duì)輸入信息進(jìn)行再加工的結(jié)果.在清醒鳥(niǎo)，NIf和HVC對(duì)BOS的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)弱于睡眠或麻醉狀態(tài)的鳥(niǎo)，但鳴唱時(shí)沒(méi)有觀(guān)察到2個(gè)核團(tuán)的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)，說(shuō)明NIf-HVC的聽(tīng)覺(jué)敏感性在鳴唱時(shí)被調(diào)控抑制，這種調(diào)控抑制可能發(fā)生在HVC，也可能是NIf的功能受到抑制.MARGOLIASH等[24]研究發(fā)現(xiàn)，阻斷HVC中mAchR可抑制HVC和RA對(duì)聽(tīng)覺(jué)刺激的活動(dòng)，但阻斷nAChR只對(duì)HVC的反應(yīng)有強(qiáng)烈的影響，對(duì)RA的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)很弱甚至沒(méi)有影響.提示HVC的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)與AchR的作用相關(guān).HAHNLOSER等[25]認(rèn)為HVC直接受到Uva活動(dòng)的影響.SCHMIDT[18]認(rèn)為可能是NIf功能受到NE的調(diào)節(jié)而影響聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)，將α1受體和α2受體阻斷劑注入NIf，即在沒(méi)有NE發(fā)揮作用時(shí)，HVC和NIf的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)完全被抑制.也有人認(rèn)為聽(tīng)覺(jué)敏感性受到干擾也可能與Field L和CM功能變化有關(guān)[26].

在清醒狀態(tài)下，NIf-HVC聯(lián)系對(duì)鳴曲的維持也很重要.HAHNLOSER等[23]利用藥物分別抑制不同年齡斑胸草雀(36～50 d(亞鳴曲)、51～83 d(可塑性鳴曲)和>100 d(定型鳴曲))的 NIf核團(tuán)，發(fā)現(xiàn)NIf失活對(duì)亞鳴曲沒(méi)有顯著性影響，但是對(duì)可塑性鳴曲具有復(fù)雜的影響，引起可塑性鳴曲空間特征和鳴曲節(jié)律等方面的退化，趨向亞鳴曲，與損毀幼鳥(niǎo)HVC的結(jié)果一致，即沒(méi)有改變亞鳴曲特征但引起可塑性鳴曲退化至亞鳴曲狀態(tài)[27].由于NIf位于HVC上游并驅(qū)動(dòng)其活動(dòng)，這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，NIf不但是幼鳥(niǎo)記憶編碼教習(xí)曲模板所必需的，也是幼鳥(niǎo)發(fā)聲練習(xí)過(guò)程中必不可少的.損毀成鳥(niǎo)NIf引起音節(jié)順序的變化，即中間motif出現(xiàn)的概率增大、偶然的音節(jié)丟失或諧波的去穩(wěn)定化，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)定型鳴曲特征的退化[28]，這一結(jié)論與損毀成鳥(niǎo)HVC的結(jié)果不同，損毀成鳥(niǎo)HVC引起定型鳴曲退化至亞鳴曲時(shí)期[27].MOONEY等[29]的實(shí)驗(yàn)也證明損毀成年斑胸草雀NIf對(duì)鳴唱沒(méi)有永久性損傷，對(duì)發(fā)聲反饋也沒(méi)有影響.鳴曲音節(jié)順序的變化表明，NIf的興奮性輸入可能有助于固定HVC的發(fā)放特性，在成年斑胸草雀中，NIf功能缺失可能很快得到彌補(bǔ)，因此鳴曲的特征變化不大.斑胸草雀定型鳴曲只有一種主題(motif)，而孟加拉雀的鳴曲有復(fù)雜的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，由許多不同的短語(yǔ)(phrases)組成，每種短語(yǔ)由1個(gè)或多個(gè)音節(jié)以固定的順序排列，因此每個(gè)短語(yǔ)都有一定的概率出現(xiàn).與斑胸草雀相反，損傷孟加拉雀NIf對(duì)成年鳴曲的產(chǎn)生有復(fù)雜的影響.NIf損傷降低小概率短語(yǔ)出現(xiàn)的可能甚至消失，所以引起鳴曲可變性降低，音節(jié)順序更加固化，這個(gè)實(shí)驗(yàn)提示，NIf可能影響鳴曲的高級(jí)語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，NIf信息的輸入缺失引起HVC發(fā)出短語(yǔ)順序更加穩(wěn)定的鳴曲[24].斑胸草雀的鳴曲缺乏復(fù)雜高級(jí)的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，因此NIf損傷對(duì)鳴曲的影響不明顯.以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明NIf對(duì)成鳥(niǎo)鳴曲的產(chǎn)生和維持具有重要作用.

4 發(fā)聲學(xué)習(xí)模型

鳴禽的鳴唱學(xué)習(xí)和人類(lèi)的語(yǔ)言學(xué)習(xí)都是模仿學(xué)習(xí)的特例.模仿學(xué)習(xí)中，大腦的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)必須學(xué)會(huì)產(chǎn)生合適的神經(jīng)發(fā)放編碼記憶教習(xí)曲模板.在傳統(tǒng)模型中，鳴禽在 “比較區(qū)域C” 根據(jù)記憶中的教習(xí)曲模板通過(guò)聽(tīng)覺(jué)反饋評(píng)估自鳴曲的質(zhì)量，根據(jù)這種比較的結(jié)果判斷是否將增強(qiáng)或弱化的信號(hào)傳遞至運(yùn)動(dòng)通路突觸以加強(qiáng)或減弱這種鳴唱行為，經(jīng)過(guò)許多次這種比較的過(guò)程，幼鳥(niǎo)不斷調(diào)整BOS直至鳴曲固化定型.在此過(guò)程中，皮質(zhì)紋狀體突觸可能通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺(DA)對(duì)一些輸入信號(hào)產(chǎn)生偏向并影響鳴曲的可塑性學(xué)習(xí)[30].但這種比較模型并沒(méi)有闡述睡眠或安靜狀態(tài)下鳴禽一些核團(tuán)的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)在學(xué)習(xí)期中的意義.

實(shí)驗(yàn)表明，幼鳥(niǎo)在首次教習(xí)時(shí)，聽(tīng)覺(jué)刺激誘導(dǎo)RA的活動(dòng)同當(dāng)天幼鳥(niǎo)睡眠時(shí)再次聽(tīng)到同一教習(xí)曲引起的RA反應(yīng)是一致的.基于聽(tīng)覺(jué)核團(tuán)NIf和運(yùn)動(dòng)核團(tuán)HVC和RA在睡眠、麻醉和安靜等離線(xiàn)(off line)狀態(tài)(相對(duì)于鳴唱或覺(jué)醒等on line狀態(tài))下聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)的研究，HAHNLOSER等[23]提出鳴唱學(xué)習(xí)的逆模型(Inverse model).感覺(jué)期形成的模板就是聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)元對(duì)教習(xí)曲聽(tīng)覺(jué)刺激產(chǎn)生的固定神經(jīng)發(fā)放模式.逆模型認(rèn)為感覺(jué)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)期，清醒鳥(niǎo)通過(guò)聽(tīng)覺(jué)反饋將聽(tīng)覺(jué)信息輸入至運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，在突觸水平上，聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)固定的神經(jīng)發(fā)放改變運(yùn)動(dòng)通路中的神經(jīng)元活動(dòng)，最終影響鳴曲的輸出；在睡眠離線(xiàn)狀態(tài)，模板等固定的神經(jīng)發(fā)放輸入到運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元，改變這些神經(jīng)元原來(lái)的發(fā)放模式，則表明鳴禽正在對(duì)BOS進(jìn)行調(diào)整，主要特征是不依賴(lài)聽(tīng)覺(jué)反饋，可以在鳴禽剛剛結(jié)束鳴唱后或睡眠等非典型鳴唱學(xué)習(xí)的時(shí)候發(fā)生，并且使產(chǎn)生某種聲音特征的發(fā)聲運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和對(duì)相同聲學(xué)特征有反應(yīng)的聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)元聯(lián)系在一起.逆模型中，幼鳥(niǎo)在感覺(jué)期聽(tīng)到教習(xí)曲，儲(chǔ)存聽(tīng)覺(jué)模板；在感覺(jué)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)期，幼鳥(niǎo)回憶起教習(xí)曲的聽(tīng)覺(jué)記憶，驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元發(fā)放，形成教習(xí)曲的運(yùn)動(dòng)記憶，即聽(tīng)覺(jué)記憶驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)記憶的形成.這一階段中的聽(tīng)覺(jué)反饋可能不用于提高BOS的質(zhì)量，但與固定運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的發(fā)放模式有關(guān)(圖4).2種鳴唱學(xué)習(xí)模型的區(qū)別在于聽(tīng)覺(jué)反饋促進(jìn)幼鳥(niǎo)學(xué)習(xí)的方式不同，也可認(rèn)為逆模型是傳統(tǒng)比較模型的延伸和拓展，對(duì)于感覺(jué)運(yùn)動(dòng)整合機(jī)制的研究具有重要的意義.

圖4 感覺(jué)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)中的傳統(tǒng)比較模型和逆模型[23]

5 鳥(niǎo)鳴與人言

鳴禽鳴唱和人類(lèi)語(yǔ)言學(xué)習(xí)有許多相似處.第一，在發(fā)聲學(xué)習(xí)過(guò)程中，幼鳥(niǎo)和人類(lèi)嬰兒都需要聽(tīng)覺(jué)反饋獲得感覺(jué)模板并進(jìn)行發(fā)聲練習(xí)，最終形成固定的結(jié)構(gòu)或語(yǔ)法，利于穩(wěn)定鳴曲或語(yǔ)言的產(chǎn)生.從嬰兒最初的聽(tīng)覺(jué)經(jīng)歷到幼兒最終對(duì)語(yǔ)言的掌握是需要2～3年時(shí)間的，一般認(rèn)為與語(yǔ)言相關(guān)的大腦運(yùn)動(dòng)區(qū)域可能沒(méi)有參與到聽(tīng)覺(jué)經(jīng)歷的編碼過(guò)程，而僅僅與運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的最后階段有關(guān).而在鳴禽中，HVC參與聽(tīng)覺(jué)信息模板記憶編碼的實(shí)驗(yàn)提示在語(yǔ)言學(xué)習(xí)的最初階段人類(lèi)嬰兒的Broca區(qū)是否也發(fā)揮相應(yīng)的重要作用呢？Broca區(qū)是否參與或協(xié)助語(yǔ)言方面記憶的儲(chǔ)存呢？這些還都需要大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探討.第二，在神經(jīng)環(huán)路功能的研究中，兩者之間也有相互借鑒之處.鳴禽HVC類(lèi)似于人類(lèi)運(yùn)動(dòng)性語(yǔ)言中樞Broca’s Area[31]，該區(qū)域在語(yǔ)言產(chǎn)生中與語(yǔ)音編碼和音節(jié)劃分有關(guān)，fMRI檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)言語(yǔ)產(chǎn)生時(shí)Broca’s Area處理的時(shí)間進(jìn)程最長(zhǎng)，在人類(lèi)語(yǔ)言產(chǎn)生中具有重要作用[32].而鳴禽NIf與人類(lèi)的Spt區(qū)(Sylvian parietal-temporal)有許多相似的特征.

一般來(lái)講，人腦對(duì)語(yǔ)音信息的加工是將語(yǔ)音信息轉(zhuǎn)換成語(yǔ)義的過(guò)程，即大腦的左右初級(jí)聽(tīng)覺(jué)皮質(zhì)先解碼識(shí)別聽(tīng)覺(jué)詞匯，再經(jīng)由左側(cè)語(yǔ)言加工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義的通達(dá)和言語(yǔ)-運(yùn)動(dòng)的表征[32].左側(cè)語(yǔ)言加工系統(tǒng)可分成2部分：腹側(cè)通路，經(jīng)由顳上溝(STS)并最終到達(dá)顳下回后部(pITL)，包括部分顳中回(MTG)和顳下回(ITG)區(qū)域，負(fù)責(zé)語(yǔ)義加工；背側(cè)通路從背后方投射到頂葉，并最終到達(dá)額葉言語(yǔ)產(chǎn)出中樞，因位于外側(cè)裂(也稱(chēng)為西爾維亞溝)-頂葉-顳葉3個(gè)部分的交界處也稱(chēng)為Spt，是人類(lèi)感覺(jué)性語(yǔ)言中樞Wernicke’s area的一部分，主要負(fù)責(zé)言語(yǔ)運(yùn)動(dòng)的表征[33].與鳴禽類(lèi)似，運(yùn)動(dòng)表征的存在使嬰兒沒(méi)有經(jīng)過(guò)言語(yǔ)運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練，僅僅通過(guò)接受外界語(yǔ)音的輸入就學(xué)會(huì)了發(fā)音，同時(shí)成人也需要知覺(jué)自己的言語(yǔ)來(lái)對(duì)言語(yǔ)運(yùn)動(dòng)做出反饋，這對(duì)人類(lèi)準(zhǔn)確發(fā)音具有重要意義.因此，人類(lèi)語(yǔ)言產(chǎn)生中必然存在聽(tīng)覺(jué)輸入影響言語(yǔ)運(yùn)動(dòng)輸出的整合過(guò)程，神經(jīng)解剖學(xué)發(fā)現(xiàn)Spt可投射至Broca’s area，正如鳴禽中NIf投射至HVC，但Spt對(duì)Broca’s area的具體影響尚不清楚，兩者之間功能上的聯(lián)系在人類(lèi)語(yǔ)言學(xué)習(xí)和產(chǎn)生中的功能需要進(jìn)一步研究(圖5).

圖5 人腦中Broca’s area、Wernicke’s area和Spt area示意圖[32]

第三，人類(lèi)和鳴禽的語(yǔ)言中樞都發(fā)現(xiàn)了顯著的側(cè)別優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象.人類(lèi)嬰兒接觸到語(yǔ)言時(shí)大腦就表現(xiàn)出左側(cè)優(yōu)勢(shì)，再者，出生2個(gè)半月嬰兒的Wernicke’s area在言語(yǔ)感知時(shí)就能體現(xiàn)出記憶方面的左側(cè)優(yōu)勢(shì).幼年和成年斑胸草雀HVC神經(jīng)元的激活對(duì)教習(xí)曲或不熟悉的鳴曲刺激都可表現(xiàn)出左側(cè)優(yōu)勢(shì)，但同樣類(lèi)似于Wernicke’s area的NCM只對(duì)教習(xí)曲有左側(cè)優(yōu)勢(shì)，目前還未有研究NIf是否具有側(cè)別優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象[31].本實(shí)驗(yàn)室曾致力于探討斑胸草雀的側(cè)別優(yōu)勢(shì).LIAO等[34]斷鳴管神經(jīng)后發(fā)現(xiàn)斑胸草雀鳴曲開(kāi)始去穩(wěn)定化，其中斷右側(cè)對(duì)鳴曲影響較大，同時(shí)與人類(lèi)基底核類(lèi)似的X區(qū)中Zenk蛋白表達(dá)也存在右側(cè)優(yōu)勢(shì).這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了在側(cè)別優(yōu)勢(shì)方面，鳴禽和人類(lèi)具有高度的相似性，這也表明鳴禽可作為一種非常好的模式動(dòng)物用以研究有關(guān)人類(lèi)語(yǔ)言的相關(guān)問(wèn)題.

腦與語(yǔ)言的關(guān)系一直是困惑科學(xué)界的核心問(wèn)題之一.語(yǔ)言的復(fù)雜性和模式動(dòng)物的缺乏使發(fā)聲學(xué)習(xí)的研究受到了極大的限制.因此，鳴禽作為一種發(fā)聲學(xué)習(xí)的模型，了解NIf-HVC突觸聯(lián)系的功能有助于研究鳴禽鳴曲的學(xué)習(xí)和產(chǎn)生，有利于揭示人類(lèi)大腦Broca區(qū)和Spt區(qū)在語(yǔ)言形成中潛在的功能和發(fā)聲相關(guān)的感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)信息整合的機(jī)制.聽(tīng)覺(jué)反饋對(duì)于鳴禽鳴唱是至關(guān)重要的，通過(guò)聽(tīng)覺(jué)隔離(如致聾等)干擾聽(tīng)覺(jué)反饋的過(guò)程可顯著使鳴唱去穩(wěn)定化，所以人們對(duì)這個(gè)方面的研究有著極大的興趣.左明雪等人通過(guò)電鏡和在體電生理技術(shù)發(fā)現(xiàn)致聾后孟加拉雀鳴唱核團(tuán)HVC和RA突觸效能降低[35-36].但以往對(duì)致聾的研究對(duì)突觸或神經(jīng)元水平的研究較少，特別是干擾聽(tīng)覺(jué)反饋對(duì)于與感覺(jué)運(yùn)動(dòng)信息整合有關(guān)的NIf-HVC突觸功能或其他鳴唱核團(tuán)的影響以及相關(guān)分子機(jī)制還不清楚.目前，本實(shí)驗(yàn)室主要運(yùn)用膜片鉗、在體電生理、分子生物學(xué)以及聲譜分析等技術(shù)研究聲音隔離(如致聾等)對(duì)斑胸草雀鳴唱及其生理生化指標(biāo)的影響，以探討感覺(jué)信息缺失在神經(jīng)元、突觸和鳴唱行為等方面潛在的影響以及感覺(jué)運(yùn)動(dòng)信息可能的整合過(guò)程，這可能為人類(lèi)語(yǔ)言學(xué)習(xí)的研究和相關(guān)疾病的治療提供相關(guān)的生物學(xué)研究資料或啟發(fā).

[1] 侯國(guó)強(qiáng), 李東風(fēng). 聽(tīng)覺(jué)反饋與鳴禽鳴唱學(xué)習(xí)可塑性[J]. 生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展, 2009, 36(4): 403-409.

[2] SOBER S J, BRAINARD M S. Adult birdsong is actively maintained by error correction[J]. Nat Neurosci, 2009, 12, 927-931.

[3] 劉少藝, 馮理, 張萌,等. 鳴禽前腦聽(tīng)覺(jué)和鳴唱系統(tǒng)zenk基因的誘導(dǎo)表達(dá)[J]. 生命科學(xué)研究, 2012, 16(6): 551-556.

[4] JARVIS E, GUNTURKUN O, BRUCE L,et al. Avian brains and a new understanding of vertebrate brain evolution[J]. Nat Rev Neurosci, 2005, 6: 151-159.

[5] AKUTAGAWA E, KONISHI M. New brain pathways found in the vocal control system of a songbird[J]. J Comp Neurol, 2010, 518: 3086-3100.

[6] JIN H, CLAYTON D F. Localized Changes in Immediate-Early Gene Regulation during Sensory and Motor Learning in Zebra Finches[J]. Neuron, 1997, 19: 1049-1059.

[7] VOSS H U, SALGADO-COMMISSARIAT D, HELEKAR S A. Altered Auditory BOLD Response to Conspecific Birdsong in Zebra Finches with Stuttered Syllables[J]. PloS One, 2010, 5(12): e14415.

[8] BOLHUIS J J, GAHR M. Neural mechanisms of birdsong memory[J]. Nat Rev Neurosci, 2006, 7: 347-357.

[9] AVEY M T, PHILLMOR L S, MACDOUGALL-SHACKLETON S A. Immediate early gene expression following exposure to acoustic and visual components of courtship in zebra finches[J]. Behav Brain Res, 2005, 165: 247-253.

[10] ROBERTS T F, MOONEY R. Motor circuits help encode auditory memories of vocal models used to guide vocal learnin[J]. Hearing Res, 2013, 1-10.

[11] ROBERTS T F, TSCHIDA K A, MOONEY R, et al. Rapid spine stabilization and synaptic enhancement at the onset of behavioural learning[J]. Nature, 2010, 463(7283): 948-952.

[12] TSCHIDA K A, MOONEY R. Deafening drives Cell-Type-Specific changes to dendritic spines in a sensorimotor nucleus important to learned vocalizations[J]. Neuron, 2012, 73: 1028-1039.

[13] ROBERTS T F, GOBES S M H, MOONEY R, et al. Motor circuits are required to encode a sensory model for imitative learning[J]. Nat Neurosci, 2012, 15(10): 1454-1459.

[14] BOYDEN E S, ZHANG F, BAMBERG E, et al. Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity[J]. Nat Neurosci, 2005, 8(9): 1263-1268.

[15] BERWICK R C, BECKERS G J, BOLHUIS J J, et al. A bird’s eye view of human language evolution[J]. Front Evol Neurosci, 2012, 4:5.

[16] VANDONGEN A M. Biology of NMDAR[J]. Boca Raton: CRC Press, 2009: 41-282.

[17] CASTELINO C B, SCHMIDT M F. What birdsong can teach us about the central noradrenergic system[J]. J Chem Neuroanat, 2010, 39: 96-111.

[18] CARDIN J A, SCHMIDT M F. Noradrenergic inputs mediate state dependence of auditory responses in the avian song system[J]. J Neurosci, 2004, 24: 7745-7753.

[19] CARDIN J A, SCHMIDT M F. Song system auditory responses are stable and highly tuned during sedation, rapidly modulated and unselective during wakefulness, and suppressed by arousal[J]. J Neurophysiol, 2003, 90: 2884-2899.

[20] CARDIN J A, SCHMIDT M F. Auditory responses in multiple sensorimotor song system nuclei are co-modulated by behavioral state[J]. J Neurophysiol, 2004, 91: 2148-2163.

[21] COLEMAN M J, MOONEY R. Synaptic transformations underlying highly selective auditory representations of learned birdsong[J]. J Neurosci, 2004, 24: 7251-7265.

[22] NAIE K, HAHNLOSER R H. Regulation of learned vocal behavior by an auditory motor cortical nucleus in juvenile zebra finches[J]. J Neurophysiol, 2011, 106: 291-300.

[23] LEWANDOWSKI B, VYSSOTSKI A, SCHMIDT M. At the interface of the auditory and vocal motor systems: NIf and its role in vocal processing, production and learning[J]. J Physiol-Paris, 2013, 107:178-192.

[24] SHEA S D, MARGOLIASH D. Basal forebrain cholineraic modulation of auditory activity in the zebra finch song system[J]. Neuron, 2003, 40: 1213-1226.

[25] HAHNLOSER R H R, WANG C Z H, NAGER A, et al. Spikes and bursts in two types of thalamic projection neurons differentially shape sleep patterns and auditory responses in a songbird[J]. J Neurosci, 2008, 28: 5040-5052.

[26] KELLER G B, HAHNLOSER R H. Neural processing of auditory feedback during vocal practice in a songbird[J]. Nature, 2009, 457: 187-190.

[27] ARONOV D, ANDALMAN A S, FEE M S. A specialized forebrain circuit for vocal babbling in the juvenile songbird[J]. Science, 2008, 320: 630-634.

[28] CARDIN J A, RAKSIN J N, SCHMIDT M F. Sensorimotor Nucleus NIf Is Necessary for Auditory Processing But Not Vocal Motor Output in the Avian Song System[J]. J Neurophysiol, 2005, 93: 2157-2166.

[29] ROY A, MOONEY R. Song Decrystallization in Adult Zebra Finches Does Not Require the Song Nucleus NIf[J]. J Neurophysiol, 2009, 102: 979-991.

[30] FEE M S, GOLDBERG J H. A hypothesis for basal ganglia-dependent reinforcement learning in the songbird[J]. Neuroscience, 2011, 198:152-172.

[31] Sanne Moorman, Sharon M. H. Gobes, Maaike Kuijpers et al. Human-like brain hemispheric dominance in birdsong learning[J]. PNAS, 2012,109(31): 12782-12787.

[32] 韓繼生, 蒲慕明, 饒毅,等. 神經(jīng)科學(xué)[M]. 北京: 北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社, 2009: 939-964.

[33] HICKOK G, HOUDE J, RONG F. Sensorimotor integration in speech processing: computational basis and neural organization[J]. Neuron, 2011, 69: 407-422.

[34] LIAO C S, LI D F. Effect of vocal nerve section on song and ZENK protein expression in area X in adult male Zebra Finches[J]. Neural Plast, 2012: 902510.

[35] PENG Z, ZENG S J, LIU Y, et al. Comparative study on song behavior, and ultra-structural electrophysiological and immunoreactive properties in RA among deafened, untutored and normal-hearing Bengalese finches[J]. Brain research, 2012, 1458: 40-55.

[36] PENG Z, ZHANG X B, XI C, et al. Changes in ultra-structures and electrophysiological properties in HVC of untutored and deafened Bengalese finches relation to normally reared birds: Implications for song learning[J]. Brain Research Bulletin, 2012, 89: 211-222.

Keywords： song learning; auditory feedback; NIf; HVC; auditory-vocal information integration

ConnectionsofNIf-HVCandVocalLearningandMaintenanceinSongbirds

LI Dongfeng*, FENG Li**, LIU Shaoyi, ZHANG Meng

(School of Life Science, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

Birdsong and human languages are both acquired by learning. During sensory period, templates are formed in the brain after juveniles heard tutor songs and stored in the related areas and in the motor-learning phase, juveniles compare their own songs to the templates and modify them to match the templates in their memories. When the songs are crystallized in the adult stage, auditory feedback is required to maintain the features and stability of their own songs. Hence, the sensory-motor integration of auditory and motor systems is vitally important to the formation of templates and the maintenance of crystallized songs. In the recent years, it is found that NIf-HVC synapses are related with the formation of templates memory and the maintenance of spatial features of plastic songs in the juveniles while this projection is crucial for the grammar structure of crystallized songs in the Bengalese finches. In songbirds, HVC if homologous to human Broca’s Area and NIf has many similarities with Area Spt in the human speech processing circuit. Therefore the research on the function of NIf-HVC synapses in the speech circuit is not only helpful for the study of Area Broca and Spt of human but also advantageous for exploring the mechanism concerning sense and motion information integration involved in vocal learning.

2013-03-20

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31172092)

*通訊作者:李東風(fēng)，教授，Email:dfliswx@126.com.

**與第一作者同等貢獻(xiàn)

1000-5463(2013)06-0140-08

Q957

A

10.6054/j.jscnun.2013.09.020

【中文責(zé)編：成文 英文責(zé)編：李海航】