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從呱呱墜地到咿呀學語，人類父母會一個個音節的教導嬰兒如何發聲和說話。這種說話能力是後天習得的，它是智力發展的關鍵步驟。但許多與聲音學習有關的問題至今仍然是謎。嬰兒的大腦是如何對模仿父母講話所需的記憶進行編碼的？當這個過程出錯時，可以用科學的方法進行幹預嗎？
最近，在一項針對鳴禽的新研究中，研究人員開始揭開問題的答案。研究結果表明，通過向大腦中移植記憶，就可以讓鳥類在無需父輩的教導情況下學會發聲。雖然目前這一發現對實際治療應用還沒有直接的影響，但卻為我們了解應該針對大腦的哪些部位去理解自閉症和其他會影響語言的疾病提供了強有力的線索。
這是科學家第一次確認大腦中負責編碼行為目標記憶的區域。行為目標記憶是一種在我們想要學習說話或學習鋼琴等一類事情時會起到指引作用的記憶。研究人員利用新的發現，將目標記憶植入鳥類，可以指導它們學習鳴唱。
這一發現是由德克薩斯大學西南醫學中心的Todd Roberts博士和他的團隊做出的，他的實驗室專門致力於記錄大腦在發聲學習過程中會如何運作。他們希望通過繪製鳥類在學習求偶歌曲時所涉及的神經過程，能有朝一日將這些知識應用到自閉症患者或其他神經發育疾病患者的特定語言基因上。
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在實驗中，研究人員使用了斑胸草雀作為實驗對象，之所以選擇斑胸草雀是因為它們與人類在聲音發育的許多階段都有相似之處：在幼年時期，斑胸草雀會聽著父親的歌聲，並最終記住這些音符。經過成千上萬次的練習，它們就能學會如何重複這種行為。
實驗中所用到的斑胸草雀。| 圖片來源：UT Southwestern Medical Centre
新的研究被發表在了國際頂尖學術期刊《Science》雜誌上，且入選為該期封面論文。在論文中，他們詳細概述了如何通過光遺傳學來激活神經元迴路。光遺傳學是一種相對較新的利用光來監測和控制大腦活動的方法，他們利用這種方法測試了大腦的運動感覺區之間的聯繫。具體來說，研究人員控制了大腦的NIf和HVC（與從聽覺經驗中學習有關的大腦區域）這兩個區域之間的相互作用，從而對沒有接受過父親指導的斑胸草雀進行記憶編碼。
結果發現，鳥兒可以利用這種記憶來學習叫聲的音符，每個音符的持續時間對應於用光線維持神經元活躍的時間：曝光時間越短，音符越短。
新的這些發現為理解行為目標記憶的形成及其在學習發聲中的作用開闢了新的領域。在過去，這類記憶是很難在實驗室中研究的，因為科學家無法知道它們的編碼位置。而通過使用光遺傳學，研究人員得以控制NIf大腦區域的神經元活動，並控制它發送給HVC的信息。
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在實驗中，研究人員並沒有教導鳥兒鳴叫時所需要知道的一切，只教它們音節的長度。但得到的結果卻非常矚目，因為它為識別更多能影響發聲的其他方面（比如高音以及每個音節的順序）的大腦迴路開闢了新的研究途徑。一旦能找到其他途徑，那麼在理論上，研究人員就可以教會一隻沒有與父親發生任何互動的鳥兒唱歌。但他們表示，目前的階段距離這一目標還有很長的路要走。
在Roberts團隊近期的一些其他項目中，他們還發現了一個神經元網絡，這個神經網絡通過輔助大腦中的運動區域和聽覺區域之間的交流，在學習發聲方面發揮著至關重要的作用。
Roberts說：「人類的大腦、語言以及和語言相關的通路比鳴禽的迴路要複雜得多，但我們的研究為探尋更多與神經發育障礙有關的問題提供了強有力的線索。」
接下來，研究人員將繼續檢查大腦中其他負責向HVC傳遞不同信息的區域，希望通過這種方式可以更全面地了解行為目標記憶的附加屬性是如何形成的。
撰文：James Beltran
原文標題為「Implanted memories teach birds a song」
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