北卡罗来纳州达勒姆市——就像职业运动员或音乐会钢琴师每天都要练习和完善他们的身体动作，以便在真正有意义的时候达到最好的表现一样，雄性斑胸草雀在它们醒着的大部分时间里都在周围拉面，并发出微小的求偶叫声变化。
但当游戏面临危险时——特别是当一只迷人的雌斑胸草雀在附近停车时——就该开始了，雄斑胸草雀会以熟练的精准和速度唱出他的歌。
现在，杜克大学(Duke University)的神经科学家们通过几种新工具，包括同时监测100个神经元的能力和一些强大的机器学习分析，已经看到了控制鸟的练习和表现的大脑回路。
结论是:在“游戏时间”，基底神经节(前脑中控制所有脊椎动物复杂运动的区域)的神经递质去甲肾上腺素分泌会关闭歌曲的变异性，使歌曲尽可能地真实。研究结果发表在10月20日的《自然》杂志上。
当鸟类自己唱歌时，这些基底神经节神经元允许歌声中有一定程度的变异性，研究人员说，这对“绘制”回路并找到发出歌声的最佳方式至关重要。
“为了弄清楚如何运动，它需要首先尝试许多不同的动作，尝试不同的方式来实现一个目标，移动他们的身体，”乔纳·辛格·阿尔瓦拉多(Jonna Singh Alvarado)说，他在杜克大学的博士论文领导了这个项目。“他们需要学习，‘如果我这么想，我该怎么行动?这将如何移动我的身体?’而且它需要在很多方面做到这一点。”
阿尔瓦拉多现在是哈佛大学的博士后研究员，他说，在多次完成这项任务后，“你已经建立了这种大脑到运动的字典，在那里你已经探索了所有这些不同的方式，你可以发出命令，他们可以移动你的身体。”然后，你可以利用你已经创建的映射。“我一直在探索，我有这本字典，让我从这本字典里挑出合适的词，并根据我知道女性想听的话，准确地表演我知道我能表演的。”’”
阿尔瓦拉多说，大量的练习是必要的，以保持歌曲的良好状态。“如果它们不以持续的活动来抛光这些电路，它们就会慢慢漂移和退化。练习和继续探索这个声音空间，不断更新你的发音字典，这对保持最佳的演唱状态非常重要。”
杜克大学医学院的神经生物学教授、阿尔瓦拉多的论文导师理查德·穆尼(Richard Mooney)说，对人类观察者来说，练习歌曲和求偶表演之间的差异非常微妙，几乎无法察觉。但雌斑胸草雀能分辨出来，它们喜欢快速表演。在扬声器上播放的练习歌曲并不能激起她的兴趣，但一段快速而精确的游戏时歌曲却能让她找到甜美声音的来源。
阿尔瓦拉多说:“鸣禽让我们更容易解决这个问题。”在鸟的基底神经节中，每个神经元只做一项工作。
但即使是这个相对简单的大脑也给研究小组带来了巨大的计算问题。
“的一件事是非常困难的在其他动物是找出变化之间的联系是你生产,和你想要的可变性,”约翰·皮尔逊说,杜克大学生物统计学和生物信息学,助理教授领导的统计分析神经元。“这是人们第一次获得真正数量可观的这些细胞，我们可以开始尝试将声音表现的变化与神经活动的变化联系起来。”
穆尼自称是吉他手吉米·亨德里克斯(Jimi Hendrix)的超级粉丝，他曾在亨德里克斯的非正式四音轨客厅磁带中听到过这种排练。“它几乎无处不在，有一首歌的核心，但又有点变形。就像自由爵士乐之类的。而且，你知道，我认为当他一个人的时候，他真的非常非常擅长探索。”
阿尔瓦拉多说，这种动作预演适用于任何正在练习的技能。”不过,有一个时刻,你必须执行在高风险的情况下,可以捕食,逃避捕食者或捕捉猎物,它可以求爱:是时候来执行,我们需要做一个非常具体的方式,我们知道对方在听。”
穆尼研究鸟的鸣叫已有几十年，他说这项工作借鉴了许多不同的科学专业知识，包括加州大学伯克利分校和俄勒冈大学的同事。“这需要很多不同的人来完成所有这些部分。这是一个大而复杂的故事。”
穆尼说，但是这项工作很重要，因为深入了解这种鸟的基底神经节与人类运动障碍有直接的关系，包括帕金森氏症、亨廷顿氏症、图雷特氏症和其他疾病。
阿尔瓦拉多说:“在帕金森氏症中，运动变异性是不正常的，完全失调的，这是通过这些相同的基底神经节回路的退化造成的。”他说:“了解(基底神经节神经元)如何正常运作，以及它们的活动如何改变和重新连接，从而产生完全不同的运动模式，对于了解如何在未来解决这些问题非常重要。”
这项研究得到了美国国立卫生研究院(R01NS118424和R01NS099288)的支持。
引文:“鸟类鸣叫练习和表现背后的神经动力学，”乔纳森·辛格·阿尔瓦拉多，杰克·戈菲内，瓦莱丽·迈克尔，威廉·Liberti III，乔丹·哈特菲尔德，蒂莫西·加德纳，约翰·皮尔逊，理查德·穆尼。《自然》，2021年10月20日。DOI: 10.1038 / s41586 - 021 - 04004 - 1
