鸣禽’改变曲调的战略可以告知康复努力

它需要鸣禽和棒球投手数千次重复—编排许多肌肉运动—开发一个不可抗拒的颤音或杀手滑块。现在,科学家们发现雄性孟加拉雀雀使用简单的心理计算和一个不可思议的记忆,以创造它的近乎完美的伴侣旋律—一个可能对恢复患有神经肌肉疾病和伤害的人来说有影响。

年轻的男性孟加拉雀雀他们每天练习喧哗的交配歌曲,将他们的旋律与他们导师的歌曲进行比较。当他们是成年人时,他们在一个中归零“successful”他们在他们的歌中的每个音符的音高。但在整个生命中,他们不断监测他们的曲调,致力于将其维持在面对老化,激素水平,肌肉损伤和疾病等因素。

在他们的学习中,UCSF神经科学家探讨了歌手学会完善和维护他们歌曲的方式,如何学习— and might relearn —精细电机技能,仅提供了成功或失败的简单强化信号。

在一系列实验中,他们将歌唱鸟暴露在他们不喜欢他们发出特定票据或音节的精确时刻的声音。经过多次曝光,鸟类学会了改变那个音节的音高,以避免提示声音。但这是他们所做的方式是显着的。

雀科学学会通过计算数百人被认为是该注意事项的成功表演的平均音调来改变单一音符的音高—当他们避免听到令人不快的声音时。心理计算需要鸟类’大脑记住每天500次单个音节唱歌的每一个轻微变化。

“我们非常惊讶,大脑可以直接如此复杂的行为变化与如此简单的计算,”该论文的领先作者表示,博尼斯博士在高级作家迈克尔·伯氏博士,博士,生理学教授的博士博士博士候选人。

调查表明“只有只使用一个简单的自动化/计算机化系统,可以引导损坏的神经系统来恢复,这些系统发出简单的有效信号,” said Charlesworth. “鉴于平均规则是真实的,即使是歌曲的细微细节,自动化的治疗策略也可以帮助人们重新夺回精细机动技能的复杂细节,如踢钢琴,铰接讲话或跳舞。”

该现象可以解释人们如何学会产生口音或微妙的声音和面部线索:当我们在符合人时不同意的时候,我们对略微点头的头部倾斜,Charlesworth说。

该研究据报道,本周(2011年1月30日发布)的预先在线出版物 “Nature Neuroscience” 并将在课程稍后出现’s print addition.

对于研究来说,科学家们开发了一台计算机程序,每次鸟唱它时,一次识别单个音节的音调。计算机能够在该注意事项内的特定时间触发一个温和的破坏性短暂的声音—精度约为1/100秒。

在一组实验中,每当鸟在低于特定阈值的音高时,计算机程序就会发出短声突发。在几百次试验过程中,鸟类学会了改变他们足以避免约80%的噪音。不是每一个“successful”新的音调是一样的;他们没有’必须是。他们只是必须高于关键阈值。

研究人员还与另一个更艰巨的任务呈现了歌手。它们编程计算机以测量单个音节的开头和结尾附近的音高。计算机仅在第二次测量后触发白噪声,并且批判性地,只有当鸟刻在一个单个阈值下方的音节的第一部分和上方类似阈值上方的第二部分。

科学家发现,鸟类学会了通过做出更明显的避免噪音“swoop” of sound —开始低于正常,结束高于正常。这表明鸟类能够在单个第十个 - 第二个音节的开始和结束时跟踪间距。

“这种精确性证实了我们不仅根据外部刺激而学习的观点,而且通过我们行动的变化能力,”Brailard说。他说,神经系统不断地将变化引入我们的行为,并非常关注这些变化的后果。

“甚至迈克尔·乔丹每次都无法以同样的方式射击,而是表现出微妙的变化,导致许多篮子,但几个未命中,” said Charlesworth. “这种变化,同时导致偶尔未命中,可以通过在对我们的身体或环境变化的情况下进行学习来富有成效。”

实验表明,他说,这“即使是你可能认为的非常细微的变化也是无关紧要的,如我们令人讨厌的无法抛弃飞镖或者每次都以同样的方式打开台球架,就可以在塑造我们学习的方式中发挥至关重要的作用。”

新的行为的发展是类似于达尔文的演变,而是在猜测的情况下很短的时间。这只鸟创造了一个不同行为的水库—类似于遗传变异—响应其环境的变化。然后,环境选择特定的新行为— the new pitch —从可用变化范围。

由于变异和选择,鸟类学会表达新的自适应行为。新行为的发展可以拥有“tag-along”他说,产生新的行为,没有适应性的益处。有影响力的行为科学家B.F. Skinner在几十年前展示了鸽子随机奖励的食物学会了奖励,以便在当时他们在做什么—说皱着羽毛。然后,他们经常摧毁他们的羽毛,猜测猜测,希望召唤奖励。

Charlesworth和Bransard引用了棒球运动员的众所周知的迷信行为,作为这一标签的一个例子 - 沿着人们的潜力。据推测,一位教练’离开他的左鞋未解开的习惯,或者投手总是戴上石榴弹源于赢得一些关键游戏,当时他们碰巧是鞋带挑战或贝齐的。但是不要’T试图向教练或投手解释,松动鞋带或布林之间没有连接。

研究人员现在计划研究与鸟类学习相关的大脑区域,希望找到神经元如何产生行为的变化,并保持精确的性能轨道,以及计算基于学习的平均计算。

本文的共同作者是Evren rumy,博士学位,灌木丛中的博士后科学家’在研究时的实验室;和蒂莫西沃伦,实验室的博士候选人。

对研究的资金支持来自国家卫生研究院和国家科学基金会。

UCSF是一所领先的大学,通过先进的生物医学研究,生物医学研究,生命科学和卫生职业的研究生级教育,以及患者护理卓越的促进健康。



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