鸣禽大脑中的学习中枢提供了对运动控制的洞察

为了学习它的标志性旋律，雄性鸣禽采用试错的过程来模仿它父亲的歌曲，一遍又一遍地唱这个曲调，一天唱几百遍，在音符的音调上做出细微的变化。对于雄性孟加拉雀来说，这个严格的训练过程大约在40天左右开始，大约在第90天左右完成，这时它的性成熟，准备用歌声向雌性求爱。

为了完成这一壮举，雀的大脑必须接收和处理大量关于其表现的信息，并使用这些数据精确地控制复杂的发声动作，使其能够修改歌曲的音调和模式。

现在，加州大学旧金山分校的科学家们已经证明，大脑的一个关键结构充当了一个学习中心，从大脑的其他区域接收信息，并找出如何使用这些信息来改善它的歌声，即使它没有直接控制动作。这些见解可能会帮助科学家找到治疗损害运动的神经紊乱的新方法，如亨廷顿舞蹈症和帕金森病．

该研究在2012年5月20日被该杂志报道为高级在线出版物自然,并将于晚些时候出现在该杂志的印刷版上。

加州大学旧金山分校生理学副教授迈克尔·布雷纳德博士的实验室进行了多年的研究表明，成年雀可以追踪个体的细微差异。”音节，或者音符时，他们边弹边听，并在心里进行计算，使他们能够改变音调。

在之前的实验中，布雷纳德和他的同事们开发了一种训练过程，诱导成年雀校准它们的歌声。他们创造了一个电脑这个程序可以识别鸟唱的每一个音节的音高。电脑还会在它们发出特定音符的那一刻发出一种鸟不喜欢的声音——一种白噪音。在几个小时内，雀学会了改变音节的音调，以避免听到不愉快的声音。

在这项新研究中，加州大学旧金山分校的神经科学家利用他们的技术来调查学习过程是如何由大脑控制的。一种流行的理论认为，新的学习是由“聪明的”大脑控制的。大脑结构被称为基底神经节，是一组与运动控制和学习有关的相互关联的大脑区域。

“这是大脑第一个把两个和两个结合起来的地方，”乔纳森·查尔斯沃斯说，他是加州大学旧金山分校神经科学博士项目的应届毕业生，也是这篇新论文的第一作者。“如果你移除一只还没有学会唱歌的鸟的基底神经节，它永远也学不会唱歌。”

该理论认为，一旦学会了一项基本的、经常重复的技能，比如打字、唱同一首歌或在罚球线上投篮，对该活动的控制就会由运动通路进行，这是神经系统中负责将信号从大脑传递到肌肉的部分。但该理论认为，如果要改变基本的日常活动——比如让一个球员在篮球场上的另一个位置投篮，或者让一只鸟以不同的音调唱歌——基底神经节必须再次参与进来，提供反馈，以便在试验和错误的基础上学习。

目前尚不清楚的是，是什么使基底神经节如此“聪明”，并使它们能够支持这种详细的试错学习。这和他们的结构有关吗?还是他们从别处获得了信息?

为了回答这个问题，科学家们在训练雄性雀用白噪音来改变叫声时，阻断了一个关键的基底神经节电路的输出。只要基底神经节不向运动通路发送信号，雀类就不会改变音调或表现出学习的迹象。但当布雷纳德的团队停止对基底神经节的阻断时，令人惊讶的事情发生了雀立即改变了他们歌曲的音调，没有额外的练习。

查尔斯沃思说:“这就好像一个高尔夫球手去了高尔夫练习场，结果打得很糟糕，整天把球打到树上，一点起色都没有。”“然后，在一天结束的时候，你按一下开关，突然之间，你就能像老虎伍兹(Tiger Woods)一样击球了。”

通常情况下，你会认为像这样的技能表现的提高需要一段时间，因为基底神经节评估信息，做出改变，并获得新的反馈，布雷纳德说。

布雷纳德说:“令人惊讶的是，即使基底神经节不参与运动控制，它也能集中注意力，观察其他运动结构在做什么，并获得信息。”“他们暗中学习如何提高技能表现，这解释了他们是如何做到的。”

这些发现表明，基底神经节的“聪明”在很大程度上是由于它们接收到的关于其他运动结构命令的稳定信息流。研究还显示，基底神经节的功能远比我们之前所了解的更为广泛，它可以作为一个专门的中枢，接收来自大脑不同部位的信息，并对这些信息发出新的指令，从而学习如何校准精细运动技能。

研究结果也支持这样一种观点，即大脑中的问题基底神经节大脑回路接收信息并从中学习的能力可能有助于触发运动障碍，这是亨廷顿舞蹈症和帕金森症的症状，布雷纳德说。

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