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UCSF的科学家发现鸣禽的一个关键大脑结构能作为学习中枢，接收大脑其他区域的信息并使用这些信息调整歌声。这项新发现可能帮助科学家为影响运动机能的神经性疾病（如亨廷顿舞蹈症和帕金森症）找到治疗的新方法。该研究发表在5月20日Nature杂志的网站上。
雄性鸣禽通过反复模仿、不断练习和调整音高来学习其标志性的音调。雄性Bengalese finch的这种严苛训练在其出生第40天左右就开始了，一直持续到第90天左右，而此时它正好性成熟并准备用自己的歌声来吸引雌性。
为了学习这项技能，finch的大脑必须接收和处理大量信息，并利用这些数据来精确控制复杂的发声动作以调整音准和音调。
日前UCSF的科学家发现finch的一个关键大脑结构能作为学习中枢，接收大脑其他区域的信息并决定怎样使用这些信息来调整歌声，即使并不直接控制这项活动。这些新发现可能帮助科学家为影响运动机能的神经性疾病（如亨廷顿舞蹈症Huntington's disease和帕金森症）找到治疗的新方法。该研究发表在5月20日Nature杂志的网站上。
UCSF生理学副教授Michael Brainard博士实验室的长期研究显示，成年finches能记录它们听到或发出的单音节或音符差异，并由其大脑作出调整音准的指令。
在此前的试验中，Brainard及其同事开发了一种诱使成年finches矫正歌声的训练程序。他们开发了一个能识别finches歌声各音节音高的电脑程序。一旦finches发出特定音符，电脑会立刻发出一种鸟类不喜欢的白色噪音。Finches在几个小时内就学会了调节音节的音高来避免听到噪音。
在此项新研究中，UCSF神经学家研究了大脑如何控制学习过程。目前盛行的理论是，学习过程由一个“聪明”的大脑结构basal ganglia基底节控制，基底节由包括运动控制和学习区域在内的多个相关大脑区域组成。
文章的第一作者，UCSF 神经学博士研究生Jonathan Charlesworth称,如果在鸟类学会歌唱之前将其基底节切除，它就永远无法学会。
上述理论认为，一旦人们学会了一种基本的、经常重复的技能如打字、唱同一支歌或罚球线投篮，这一活动就由运动控制通路（将大脑信号传递到肌肉的神经系统）控制。但若要改变基本的常规动作，如球员到篮球场的另一点投篮或是鸟类歌唱不同的音调，基底节就必须再次参与进来，为反复试验提供反馈。
人们还不清楚为何基底节能支持这样具体的重复性学习过程。原因是它们的特殊结构还是它们从别处得到信息呢？
科学家在白噪音训练雄性finches的试验中阻断一个关键基底节通路，以期回答上述问题。在阻断基底节向运动控制通路传递的信号时，finches不能改变其歌声或者显示出任何学习能力。然而令人惊奇的是，一旦解除对基底节的阻断， finches无需额外练习就立刻调整了它们的音高。
“这就像一个糟糕的高尔夫球手来到了训练场，一直将球打入树丛而无法取得进展，”Charlesworth说，“然后，他突然开了窍，打得跟老虎伍兹似的。”
通常，人们会认为像这样的技能改进需要时间，因为基底节要分析信息，做出调整然后得到反馈。“令人惊奇的是，基底节能注意到其他运动结构在做什么并得到信息，尽管它们并没有参与到运动控制中，”Brainard说，“它们默默地学习如何改进技能，而我们的研究揭示了它们是如何做到这一点的。”
研究说明，基底节的“聪明”之处很大程度是由于它们接收关于其他运动结构的稳定信息流。在该研究中，基底节比此前所报道的具有更多功能，能作为中枢专门从其他大脑区域接收信息，并对接收到的信息作出新指令，来学习调整精确的运动技能。
Brainard认为，发现基底节通路接收信息并学习的这项研究成果，可能对治疗运动障碍类疾病提供帮助（如亨廷顿舞蹈症和帕金森症等）。
（生物通编辑：叶予）
生物通推荐原文摘要：
Covert skill learning in a cortical-basal ganglia circuit
We learn complex skills such as speech and dance through a gradual process of trial and error. Cortical-basal ganglia circuits have an important yet unresolved function in this trial-and-error skill learning1; influential ‘actor–critic’ models propose that basal ganglia circuits generate a variety of behaviours during training and learn to implement the successful behaviours in their repertoire2, 3. Here we show that the anterior forebrain pathway (AFP), a cortical-basal ganglia circuit4, contributes to skill learning even when it does not contribute to such ‘exploratory’ variation in behavioural performance during training. Blocking the output of the AFP while training Bengalese finches to modify their songs prevented the gradual improvement that normally occurs in this complex skill during training. However, unblocking the output of the AFP after training caused an immediate transition from naive performance to excellent performance, indicating that the AFP covertly gained the ability to implement learned skill performance without contributing to skill practice. In contrast, inactivating the output nucleus of the AFP during training completely prevented learning, indicating that learning requires activity within the AFP during training. Our results suggest a revised model of skill learning: basal ganglia circuits can monitor the consequences of behavioural variation produced by other brain regions and then direct those brain regions to implement more successful behaviours. The ability of the AFP to identify successful performances generated by other brain regions indicates that basal ganglia circuits receive a detailed efference copy of premotor activity in those regions. The capacity of the AFP to implement successful performances that were initially produced by other brain regions indicates precise functional connections between basal ganglia circuits and the motor regions that directly control performance.
