台上一分钟,台下十年功——斑胸草雀的歌唱秘诀

作者: 熊猫

来源: 科学大院

发布日期: 2021-12-28

本文探讨了雄性斑胸草雀如何通过练习和调控神经元活动来吸引雌鸟的科学现象,揭示了“熟能生巧”的神经科学机制。

我们常常会面临很多选择,而伴侣选择可能是非常重要的选择之一。对于其他动物来说,它们的终身目标可能就是找到一个或多个伴侣,将自己的基因传承下去。但并不是所有动物都有资格得到异性的青睐——只有在环境中有更多竞争优势的动物才能顺利地将自己的基因传播出去。在鸟类中,雌鸟也会做同样的选择。

其实,每种雄鸟都有自己吸引雌性的策略,这些策略无一例外地向雌性展示着自己是多么的优秀,比如迷人的羽毛、结实的胸膛、或者市中心的大房……有的人可能会想:嚯,小雌鸟还挺物质的呢,还要求有漂亮的大房子。其实,雌鸟对于这些优秀品质的选择也是有一定考虑的——房子越大、装扮越多、食物越多,雄鸟为后代哺育付出的贡献可能越大,这不能给我和后代带来丰富的食物和超级安全感?雌鸟:嫁了嫁了。

但你可能想不到,本文的男主角,是图二中其貌不扬的雄性斑胸草雀(zebra finches),它主要是靠优美的歌声吸引雌鸟的。但斑胸草雀并不是生来就有撩鸟的嗓音,正所谓“台上一分钟,台下十年功”,在正式登台之前,雄鸟会背地偷偷练习好多次,等找到了最佳的曲调,再在雌鸟面前放声歌唱,吸引迷妹一大堆。

那么,雄性斑胸草雀练习嗓音的秘诀是什么?什么才是雌鸟最爱听的?雄鸟练习时和登台时的歌声是否会不一样呢?杜克大学(Duke University)的John Pearson和Richard Mooney团队10月发表于Nature的文章《Neural dynamics underlying birdsong practice and performance》揭示了其中的奥秘。

原来,对雄性斑胸草雀的歌声起到调控作用的,是位于基底前脑中的多棘神经元。多棘神经元(spiny neuron),顾名思义是树突棘很多的一类神经元,树突棘是在神经元“信号接受区”上的小突起,其主要作用是接收来自各方的信号。由于多棘神经元具有很多树突棘,这使得它能接收到更多的信号,再统一通过不同的“道路”把加工过滤后的信号处理出去,是大脑处理各种信息的“功臣”。

对于斑胸草雀来说,当雄鸟在自个儿练习时,基底前脑的多棘神经元更加活跃(如下图,波峰越多,说明神经元越活跃),这允许它发出更多变调,以摸索更加优美的旋律;但当雄鸟给雌鸟献唱时,雄鸟基底前脑的多棘神经元活跃性更低,以保证输出曲调的单一和稳定。

对此,科学家们进一步提问:为什么献唱时多棘神经元活跃度低?是不是受到上游抑制?如果是,上游来源是什么?首先,科学家探索了基底前脑多棘神经元可能的输入来源,发现该区域能接受两个区域的不同神经递质输入——蓝斑上核的去甲肾上腺素以及腹侧被盖区的多巴胺,可能是这些神经递质作用于基底前脑的受体,抑制了多棘神经元,保证了面对雌鸟时曲调的稳定性,但是究竟是哪个神经递质呢?

为了揭开谜底,科学家们想到了一个办法:分别用两种神经递质的阻断剂来阻断下游受体。研究发现,只有阻断了去甲肾上腺素受体,才无法抑制下游的多棘神经元,同时也无法显现曲调稳定的现象。所以,雄鸟献唱时,是上游的蓝斑上核的去甲肾上腺素神经元,释放去甲肾上腺素于基底前脑的多棘神经元,导致后者抑制,引发的曲调稳定现象。

这项工作的意义,首先是在鸟类动物中,揭示了“熟能生巧”的神经科学机制。

当完成了多次任务后,雄鸟已经建立起了丰富的技巧和一本“音乐集”,当雌鸟来临时,雄鸟挺胸抬头,开始以最饱满的状态唱出动人的曲调。虽然科学家没有进一步研究,但是笔者认为这种曲调也会根据雌鸟的反馈来进行调整,如果雌鸟反馈平平,雄鸟可能赶紧换一个,从曲库中换个调调来唱;如果雌鸟反应强烈,雄鸟可能越唱越high,迎娶雌鸟回窝。本研究的第一作者在采访时也说,这种行为训练适用于所有需要练习才能获得的技能。

所以说,勤奋的小伙儿有对象,大家都懂我意思吧?

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