中脑多巴胺能神经元与鸣禽鸣唱行为

华南师范大学硕士学位论文答辩合格证明学位申请人幽向本学位论文答辩委员会提交题浏鲤鳢逝塑幽幽些趁剩塑逊幽硕士论文，经答辩委员会审议，本论文答辩合格，特此证明。

鲻型纽论文指导老师（签名）：撕‘年占月８日华南师范大学硕，Ｌ学位论文斑胸草雀ＨＶＣ－ＲＡ突触电生理特性和不同刺激模式的比较中文摘要在尚无前人直接经验借鉴的情况下，本实验探索性地应用在体电生理方法观察斑胸草雀ＨＶＣ—ＲＡ突触通路的电生理特性，以及比较各种不同形式的刺激效应。

方法为刺激ＨＶＣ核团，在ＲＡ核团记录细胞外诱发电位。

刺激方式包括１Ｈｚ、５ＨＺ、５０Ｈｚ、１００ＨＺ和０节律串模式刺激，电位检测采用配对脉冲技术，以观察与比较不同刺激方式下电位的变化和配对脉冲的效应（ｐａｉｒｅｄＰｕｌｓｅｅｆｆｉｃａｃＹ）。

结果如下：１．在ＨＶＣ—ＲＡ突触通路中，记录到明显的诱发电位，增大刺激强度，电位幅度、斜率、面积均能在能在一定程度内增大，电位的时程和潜伏期在诱导之后基本保持稳定，且经过多次叠加电位不消失，翻转极性电位不倒转。

对幅度、斜率、面积、时程、潜伏期的Ｉ／ｏ曲线分析表明，该诱发电位的变化符合电学规律。

２．分别以１／３、１／２、２／３、３／４及最大刺激强度为检测刺激强度，以５０ｍＳ、７５ｍＳ、１００ｍＳ为间隔进行配对脉冲刺激，检测电位峰值、斜率、潜伏期和时程的配对脉冲效应。

结果表明，电位潜伏期及时程基本保持不变（Ｐ＞０．５），而电位幅度、斜率和面积均表现为配对脉冲易化（ＰＰＦ，Ｐａｉｒｅｄ．ＰＵｌＳｅｆａｃｉｌｉｔａｔｉＯｉｌ），易化显著（Ｐ＜０．０５）。

３．随着脉冲间隔的增大，电位幅度、斜率和面积的易化程度逐渐减小，均在５０ｒａｓ的ＰＰＦ最大，但５０ｍｓ的ＰＰＦ与７５ｒｎＳ的ＰＰＦ差异不显著（Ｐ＞０．０５），与１００ｍＳ的ＰＰＦ差异显著（Ｐ＜０．０５）。

比较幅度、斜率、面积的ＰＰＦ，发现面积的ＰＰＦ最大，斜率的ＰＰＦ次之，幅度的ＰＰＦ最小，但它们之间不存在显著差异（Ｐ＞０．０５）。

多巴胺的功效与作用用量多巴胺（Dopamine）是一种神经递质，是人体中重要的组织活性物质之一。

它在我们的身体中担当了多种重要的功能，包括调节情绪、控制运动和认知功能等。

此外，多巴胺还与一些心理疾病和药物滥用有关。

首先，多巴胺在调节大脑的奖励系统中起着重要的作用。

当我们获得预期的奖励时，多巴胺神经元会被激活并释放多巴胺，这会给我们一种愉悦感。

这种奖励机制促使我们追求积极的经历、学习新的技能、寻求社交互动等。

举例来说，当我们获得工作上的成功、完成一项任务的目标或者享受美食时，多巴胺的释放会给我们带来一种快乐和满足感。

这种奖励机制不仅是人类行为的驱动力，也是各种药物滥用所依赖的基础。

其次，多巴胺还参与了运动控制。

在大脑中，多巴胺神经元位于腹侧纹状体和中脑黑质等区域，与运动控制相关的神经通路连接着这些区域。

当多巴胺水平下降时，运动能力会下降，甚至导致帕金森病等运动障碍疾病的发生。

因此，增加多巴胺水平可以改善运动能力，这是帕金森病和其他相关疾病治疗的目标之一。

此外，多巴胺对认知功能也有重要作用。

研究表明，多巴胺水平与注意力、学习和记忆等认知功能密切相关。

当多巴胺水平升高时，这些认知功能会得到增强。

因此，一些药物治疗和干预手段会利用增加多巴胺水平的方法来改善认知功能障碍，如阿尔茨海默病和注意力不足多动症。

然而，多巴胺也有一些负面的作用。

过高或过低的多巴胺水平都可能导致问题。

当多巴胺水平过高时，可能会引发一些精神疾病，如精神分裂症。

当多巴胺水平过低时，可能会导致抑郁、无动力和运动障碍等症状。

此外，多巴胺也与一些药物滥用有关。

某些药物，如可卡因和安非他明等，可以增加多巴胺的释放，从而带来强烈的兴奋和满足感，但长期滥用这些药物可能会导致多巴胺水平下降，引发药物滥用的恶性循环。

多巴胺的合理使用和用量控制是非常重要的。

一些药物，如多巴胺受体激动剂，被广泛用于帕金森病和注意力不足多动症等疾病的治疗，但需要在医生的指导下使用，以避免副作用的发生。

多巴胺的药理学知识
多巴胺是一种重要的神经递质，在大脑中起着关键的作用。

以下是多巴胺的一些药理学知识：
受体作用：多巴胺作用于多种受体，包括D1和D2受体。

这些受体分布在大脑的不同区域，参与调节运动、情感、认知和内分泌等多种生理功能。

运动功能：多巴胺对运动功能有重要影响。

在黑质-纹状体通路中，多巴胺能神经元释放多巴胺，调节纹状体中神经元的活性，从而影响运动控制。

帕金森病就是一种由于黑质-纹状体通路中多巴胺能神经元损失导致的疾病，表现为肌肉僵直、震颤和运动减少等症状。

奖赏和成瘾：多巴胺还与奖赏和成瘾行为有关。

中脑边缘多巴胺系统参与奖赏和成瘾行为的调节。

当个体体验到愉悦或奖赏时，多巴胺的释放增加，产生积极的强化效应。

这也解释了为何一些药物（如可卡因、安非他命等）滥用会导致成瘾，因为它们增加了多巴胺的释放，产生了强烈的奖赏效应。

情感和精神疾病：多巴胺还与情感和精神疾病有关。

例如，精神分裂症可能与多巴胺功能的异常有关。

一些抗精神病药物通过阻断多巴胺D2受体来缓解症状。

内分泌调节：多巴胺还参与内分泌系统的调节。

它可以抑制催乳素的释放，影响性腺激素的分泌，从而调节生殖和性功能。

需要注意的是，多巴胺作为一种神经递质，其药理作用复杂且多样。

不同的多巴胺受体亚型和通路参与不同的生理功能，因此对多巴胺的调节需要精确而细致。

在使用多巴胺相关药物时，应根据具体病情和医生的指导进行合理的用药。

鸟语啁啾的秘密作者：乔心月来源：《大自然探索》2014年第07期在大自然中，只有六类物种能够通过学习获得复杂的发声能力，这就是：鸣禽、蜂雀、鹦鹉、鲸类动物、蝙蝠和人类。

其中，人类的语言能力比其他所有动物——包括人类近亲的一些灵长类动物——都先进得多。

不过，研究认为，孟加拉雀也具有非凡的“语言”能力，它们的鸣唱拥有一些简单的句法结构，它们能够创造性地将一些音调进行变化组合，形成复杂的曲调，很像我们人类将字词和短语排列组合成句子。

那么，孟加拉雀是如何获得它们复杂的“语言”能力的呢？这得从它们的祖先——白腰文鸟谈起。

白腰文鸟是一种毫不起眼的鸟类，它们的羽色暗淡，鸣叫声单调而重复。

大约250年前，经过养鸟人的培育，这种鸟变成了拥有巧克力色和亮灰色羽毛的美丽鸟儿——孟加拉雀。

与此同时，它们还获得了一个意想不到的“副产品”——非凡的鸣唱能力。

与白腰文鸟单调的鸣叫声相比，孟加拉雀的鸣唱曲调悦耳动听、复杂多变。

日本东京大学的冈上和生是一位擅长与动物交流的动物心理学家，在他的东京大学实验室的一排排鸟笼里，饲养了许多孟加拉雀。

正是从这种美丽、温顺鸟儿的叽叽喳喳的鸣唱声中，他发现了一些鲜为人知的秘密。

后天学习是鸟类语言向复杂化进化的关键孟加拉雀的先祖——白腰文鸟如今仍然生活在地球上，这就给了冈上和生一个机会：将两者进行比较，以弄清楚它们发声机制变化的原因。

首先，他将白腰文鸟和孟加拉雀的鸣唱曲调的复杂程度进行量化比较。

他将它们的鸣唱声分成两分钟一个时段，然后对同一时段发出的不同音节的数量进行“线性”测量，并根据这些信息预测它们接下来的鸣唱曲调的排列顺序。

结果，他对白腰文鸟鸣唱声的预测的准确性比孟加拉雀高出近两倍。

显然，白腰文鸟的鸣唱技能比孟加拉雀的要简单得多。

就像其他鸣鸟一样，白腰文鸟雄鸟是通过向它们的“父亲”或附近的其他同类雄鸟学习，从而学会它们的鸣唱曲调的。

如果把白腰文鸟的雄性雏鸟交给孟加拉雀“养父母”抚养，结果会怎样呢？冈上和生和同事通过实验发现，被交给孟加拉雀“养父母”抚养的白腰文鸟雄性雏鸟竟然学会了孟加拉雀的曲调，而且模仿准确率达到90%，其学习能力与孟加拉雀自己的“孩子”不相上下。

多巴胺的功效与作用
多巴胺是一种重要的神经递质，对于人体具有多种功效与作用。

以下是多巴胺的主要功效与作用：
1. 调节情绪：多巴胺在大脑中扮演着调节情绪的重要角色。

它可以提升愉悦感和幸福感，使人感到愉快和满足。

多巴胺不足可能导致抑郁和情绪低落。

2. 增强动机和奖赏机制：多巴胺水平的提升可以增加人们的动机和奖赏机制。

它对于激励人们积极行动、实现目标非常重要。

多巴胺不足可能导致缺乏动力和对奖励的兴趣降低。

3. 控制运动能力：多巴胺在神经系统中对控制运动具有重要作用。

它有助于平衡运动和保持肌肉协调性。

多巴胺不足可能导致运动障碍，如帕金森病。

4. 刺激学习和记忆：多巴胺对于学习和记忆的过程非常重要。

它可以增强神经元之间的连接，并促进信息的传递和存储。

多巴胺不足可能导致学习和记忆能力下降。

5. 调节食欲：多巴胺与食欲控制相关，它参与了食物奖励的感受和调节。

多巴胺不足可能导致食欲减退或食欲增加的问题。

总的来说，多巴胺在调节情绪、增强动机、控制运动能力、刺激学习和记忆以及调节食欲等方面具有重要的功能和作用。

保持适当的多巴胺水平对于身心健康至关重要。

牝鸡司晨的生物学原因牝鸡司晨，也被称为晨鸡、朝鸣鸡，是一种晨光性动物。

它们在拂晓时分开始鸣叫，给人们带来了晨曦初现的美妙声音。

为什么牝鸡司晨会在清晨鸣叫呢？这涉及到一些生物学的原因。

首先，晨鸡的鸣叫与其生物钟有关。

生物钟是一种生物体内的时间计算机，控制着生物体的生理和行为活动。

牝鸡司晨的鸣叫行为受到昼夜的变化以及日出时间的影响。

清晨是一天的开始，牝鸡司晨在此时鸣叫可以确保它们活动的协调性。

它们通过感知环境中的光线变化，特别是天亮的信号，来调整鸣叫的时间。

这种行为可以被看作是一种生物的适应性进化，使得牝鸡司晨可以在合适的时间中寻找食物、繁殖、保护自己等。

其次，牝鸡司晨的鸣叫还与领地宣示和社交行为有关。

晨鸡的鸣叫声能够传播很远，可以给其他同类发送信息。

雄性晨鸡会通过鸣叫来宣示自己的领地，这是一种驱逐其他雄性的行为。

雌性晨鸡也会通过鸣叫来吸引雄性注意，从而选择合适的配偶。

此外，晨鸡的鸣叫还可以警示其他成员群体的存在和危险，帮助它们保护自己。

再次，牝鸡司晨的鸣叫还与激素水平的变化有关。

晨鸡的鸣叫与激素的释放有密切关系。

在清晨，晨鸡体内的睾酮水平会上升，而睾酮是一种雄性性激素，对鸣叫产生影响。

此外，晨鸡的鸣叫还受到其他类似情绪调节剂的激素如去甲肾上腺素和多巴胺的调节。

这些激素的变化会促使晨鸡产生鸣叫行为。

最后，晨鸡的鸣叫还与基因表达和遗传有关。

研究表明，晨鸡的鸣叫行为受到一些基因的控制。

这些基因可能影响晨鸡的生物钟、激素水平和声音产生等方面，导致它们在清晨鸣叫。

一些基因的改变或突变可能会导致晨鸡的鸣叫时间发生变化，从而影响它们的生活习性。

鸟类迁移行为的神经和生理机制鸟类迁移是一种高度规律化的运动，是鸟类在寻找适宜的温度和食物资源的过程中采取的一种重要适应性行为。

在这个过程中，鸟类会通过长时间的跋涉，穿越远距离的地理地区，到达目的地。

这个行为是如何发生的？从鸟类视角解释，这里就与读者分享鸟类迁移行为的神经和生理机制的相关知识。

1. 感知环境因素鸟类迁移首先是一种行为反应，与环境因素的生物学定位有关。

鸟类在感知迁移信息时，主要依靠视觉、听觉、嗅觉等感官系统。

视觉系统对于鸟类反应迁移信息非常重要，鸟类眼睛可以灵敏地感知红外线，从而察觉光照背景或地形的变化。

同时，听觉是鸟类最主要的感觉方式之一，听力系统对于嗅觉的感知也非常敏感。

2. 神经系统控制行为鸟类的神经系统是行为反应的核心，控制着鸟类的迁移方式和目的地的选择。

鸟类的中枢神经系统包括了脊髓、脑干、海马体和大脑皮层等，通过感受环境信息，进行整合处理后，产生动作指令，从而影响鸟类的行为。

从神经系统控制角度看，鸟类的迁移是一个复杂的行为反应过程。

它涉及到多个神经途径，如迁移方向、迁移距离和迁移频率的调节等。

其中迁移方向途径主要受前额叶、眶上皮层、左侧大脑半球等神经途径的控制，而迁移距离途径则更依赖于海马体和下丘脑的共同作用。

3. 激素水平调节鸟类的迁移行为还受到睾酮、孕激素、甲状腺激素、色素等多种内分泌调节的影响。

比如说，睾酮水平的升高会使得雄鸟较为容易开展迁移行为，在迁移中也表现出更激烈的攻击行为。

甲状腺激素的水平升高则有助于促进脂肪酸的运动和利用，进而提供更多的能量协助鸟类完成长距离的迁移。

4. 心理适应特征鸟类迁移还体现了一些心理适应特征，通常是由历经长时间的生存竞争而造成的。

鸟类具有丰富的经验，能够清晰地辨别出迁移路线上的风险和机遇。

同时为了保证身体健康，在长距离迁徙期间鸟类会通过降低代谢率、快速进食等适应性行为来保持身体良好状态。

结论在迁移过程中，鸟类的神经和生理机制与人类不同，但在某种程度上也相通。

昆虫鸣声及其意义的研究昆虫一直以来就给我们带来许多不同寻常的惊喜和启示。

它们是生命力的象征，它们能够在我们理解的范围之外发出声音，而这些声音意味着什么，有什么意义？昆虫的鸣声是一门复杂的学问，它拥有许多独特的特征和意义。

现在，我们将带您探究昆虫鸣声及其意义。

1.哪些昆虫会发出声音？首先，我们来介绍哪些昆虫会发出声音。

实际上，许多昆虫都能够发声，这些昆虫包括甲虫、飞蛾、蝴蝶、蝗虫、蚂蚱、蚊子和蜻蜓等。

它们通过不同的器官，例如翅膀、足、臀部和声带，产生出不同的声音。

2.不同的昆虫发出的声音有什么意义？虽然不同的昆虫发出的声音各不相同，但它们都隐含了某种意义。

例如，大多数昆虫发出的声音具有招女性的功能，相当于求偶的表现，因为繁殖是生物保持种群的重要方式。

另外，一些昆虫发出的声音还具有警报的功能，如当蚂蚁遇到危险时，它们会散发出一种触手可及的化学物质，并发出一种颤音，来警告其它蚂蚁注意。

3.昆虫鸣声研究的意义昆虫鸣声研究具有深远的意义。

首先，通过研究昆虫的鸣声，我们可以学习昆虫的大脑和足的神经系统的工作原理。

其次，这种研究对于改善飞行器的技术也具有一定的价值。

实际上，对昆虫鸣声的研究已经被应用于无人机的控制技术，这将对未来的技术和造福人类产生深远的影响。

4.人工模拟昆虫鸣声的应用许多人工模拟的设备也可以模拟昆虫鸣声，并将它们用于各种领域中。

例如，人工模拟昆虫鸣声的装置可以用于控制军用飞机，而人工模拟蚊子的叫声则可以用于引诱德国臭虫进入陷阱。

此外，科学家还使用模拟昆虫鸣声的方法来制造新的药物，这是一项非常有意义的研究工作。

5. 昆虫鸣声所在的背景环境最后，昆虫鸣声的背景环境也具有一定的研究价值。

例如，我们可以研究昆虫鸣声的频率与背景环境的温度、湿度、亮度、气压和风速等参数之间的关系。

了解这些关系有助于我们更好地了解生物的生存环境和适应性，并提出一些保护措施，以确保它们的栖息地不受到损害。

总之，昆虫鸣声及其意义是一门博大精深的学问，这种学问的研究对于我们更好地了解生物世界、发展技术和保护生物多样性非常重要。

鸟类鸣声行为的研究与分析在优雅的自然声中，鸟类鸣叫的声音无疑是其中的佼佼者。

它既是美丽悦耳的音乐，也是鸟类之间的交流方式。

那么，如何去探究这种鸣声行为？这是一门涵盖多个学科领域的研究。

第一部分：鸟类鸣叫与行为鸟类的鸣叫是其行为活动的一部分，对其日常生活起到至关重要的作用。

通过鸣叫声，它们可以表达自己的状态或情感。

例如，当鸟类感到紧张、警觉或敌对时，它们会发出频率高、音调尖锐的鸣叫声，以警告同伴或预警敌人。

而当鸟类感到放松、温馨或友好时，它们会发出频率低、音调柔和的鸣叫声，以向同伴传递这种信息。

鸟类的鸣叫声并不是生来就具备的本领，还需要在日常生活中慢慢学习和适应。

研究表明，鸟类对于环境中的声音非常敏感，并且能够通过模仿其他鸟类的鸣叫声来学习和发展出自己的鸣叫能力。

这也说明了为什么不同鸟种的鸣叫声音调、频率和节奏都是如此不同。

第二部分：鸣声的形态与周期对于鸟类的鸣叫声的研究，形态和周期这两个方面是非常重要的。

形态包括音调、频率、韵律、音色等方面，周期则包括鸣声发生的时间、间隔和持续时间等。

这些都对鸟类的鸣叫行为有着直接影响。

在形态方面，鸟类的鸣声具有复杂的变化。

其中音调是其中最显著的特征。

不同的鸟种和不同的个体之间音调的变化非常大。

不同的鸟种有不同的音调范围，例如一些鸟类的音调超过了人类的听觉范围。

另外，不同的鸣声周期也有着不同的意义。

例如，一些鸟类通过间隔间歇时间来表达自己的意图。

此外，鸟类的鸣叫声也有明显的季节性和地域性变化。

一些鸟种的鸣叫声在雄性、雌性和幼鸟之间也有所区别。

这样的区别也表明了鸟类鸣声行为的文化性和社会性。

第三部分：鸣声行为的领域研究鸟类鸣声行为，可以接触到生物学、生态学、神经生物学、物理学等多个领域。

从生物学来看，研究鸟类鸣声行为有助于探索自然界的演化和进化规律，更深入地了解不同鸟类之间的差异性和联系性。

此外，研究鸟类鸣声行为也可以从生态学角度探讨鸟类与其生态环境的关系，并对环境保护和物种保护提供重要的科学依据。

鸟儿的鸣唱引言鸟儿的鸣唱是自然界中美妙的乐章之一。

无论是在城市的枝头上，还是在深山的树林中，我们都可以听到鸟儿清脆悦耳的歌声。

鸟儿的鸣唱不仅仅是为了表达自身的欢乐，它还具有多种意义和功能。

本文将深入探讨鸟儿的鸣唱现象，从其原理、种类、功能以及对环境的影响等方面进行详细的介绍。

一、鸟儿的鸣唱原理鸟儿的鸣唱是通过它们特殊的声音器官来实现的。

鸟儿的声音器官主要由喉部、支气管和空气囊组成。

当鸟儿呼吸时，空气从喉部进入支气管，然后通过肺部进入空气囊。

当鸟儿需要鸣唱时，空气通过空气囊再次进入支气管，并经过喉部，最终挤压出来。

这种挤压空气的过程产生了鸟儿特有的歌声。

除了声音器官的结构，鸟儿的鸣唱与它们的神经系统也密切相关。

当鸟儿感到欢乐时，它们的神经系统会向声音器官发送信号，促使鸟儿开始鸣唱。

这种神经活动与鸟儿的情绪紧密相连，使得它们能够通过鸣唱来表达自身的喜悦。

二、鸟儿的鸣唱种类鸟儿的鸣唱种类繁多。

根据不同的分类标准，我们可以将鸟儿的鸣唱归为以下几类：1.喧闹鸣唱：一些鸟儿的鸣唱声音十分响亮，能够在远处都能听到。

这种喧闹鸣唱通常用于警示和领地宣示等目的。

例如，红嘴黑鹊就以其尖锐的叫声来示威、防御和警示其他鸟儿。

2.悠扬鸣唱：一些鸟儿的鸣唱声音优美、悠扬，给人们带来愉悦的感受。

这种悠扬鸣唱多用于求偶和宣示领地。

例如，夜莺的歌声悠扬婉转，常常在夏夜的月下响起，使人陶醉其中。

3.学习鸣唱：一些鸟儿能够模仿其他鸟儿的鸣唱声音，甚至能够模仿人类的语言。

这种学习鸣唱对于这些鸟儿来说是一种求生技能，可以用来诱骗猎物或者与同伴进行交流。

例如，杜鹃鸟以其能够逼真地模仿其他鸟儿的鸣唱声而闻名。

三、鸟儿鸣唱的功能鸟儿的鸣唱不仅仅是为了表达自身的欢乐和情感，它还具有多种功能。

1.求偶：鸟儿通过鸣唱来吸引异性伴侣，以进行繁殖。

一些鸟儿的鸣唱声音具有独特的特征，可以用于吸引异性的注意和展示自己的优势。

例如，雄性孔雀通过其美丽而独特的尾羽展示来吸引雌性孔雀的注意。

鸣禽前脑听觉和鸣唱系统zenk基因的诱导表达刘少艺;冯理;张萌;李东风【摘要】Song and singing can induce zenk gene expression in different areas of a songbird's forebrain. zenk gene was rapidly activated in the brain of a songbird by conspecific song, which would disappear after deafening. Moreover, the act of singing induced zenk gene expression in song nuclei, which was independent of auditory feedback. Evidence has suggested that zenk gene expression in auditory system is associated with recognition of birdsong and memory of tutor song, zenk gene expression in song system is also related to song production and maintenance. Thus, zenk gene expression is involved in not only the auditory system but also the song system.%鸣曲和鸣唱行为可以诱导鸣禽前脑不同区域的zenk基因表达.鸣禽听到同类鸣曲时在听觉系统会出现zenk表达,并在致聋后这种诱导消失.而呜禽鸣唱时,在鸣唱系统同样有zenk基因的表达,且不依赖于听觉反馈,因为致聋鸟只要发声就可以诱导表达.大量的研究表明,zenk基因在听区的诱导表达不仅可对同类鸣曲进行识别,而且在教习曲模板的记忆方面发挥重要作用.鸣唱系统zenk基因诱导表达则主要与鸣曲的产生与维持有关.zenk基因在两个系统中的诱导表达将听觉感知与鸣唱运动紧密联系起来.【期刊名称】《生命科学研究》【年(卷),期】2012(016)006【总页数】7页(P551-556,564)【关键词】zenk基因;诱导表达;听觉系统;鸣唱系统;鸣禽【作者】刘少艺;冯理;张萌;李东风【作者单位】华南师范大学生命科学学院,中国广东广州510631;华南师范大学生命科学学院,中国广东广州510631;华南师范大学生命科学学院,中国广东广州510631;华南师范大学生命科学学院,中国广东广州510631【正文语种】中文【中图分类】Q959.7鸣禽是除了人类以外少数具有发声学习能力的物种,其发声学习类似于人类语言学习,是一种习得性行为[1].鸣曲的学习与产生涉及脑内一系列离散分布的核团,这些核团形成了3个相互联系的神经网络[2].一是鸣唱运动通路(vocal motor pathway,VMP),起始于高级发声中枢 (high vocal center,HVC),然后经弓状皮质栎核(robust nucleus of the arcopallium,RA)换元,再投射到中脑和脑干的发声运动及呼吸核团协调发声;二是前端脑通路(anterior forebrain pathway,AFP),包括纹状体X区(Area X),新纹状体巨细胞核外侧部(the lateral magnocellular nucleus of the anterior neostriatum,LMAN),丘脑背外侧核 (dorsal lateral nucleus of dorsomedial thalamus,DLM)及它们之间的环路.这两条通路之间通过HVC-X和LMAN-RA的投射相互联系在一起(图1 B).鸣唱运动通路主要负责鸣曲的产生,前端脑通路主要负责鸣唱的感觉运动学习以及成鸟鸣曲可塑性[3,4];三是位于皮层的听觉相关区,由 L1、L2、L3 及 NCM、cHV、HVC shelf、RA cup等构成[5](图1A).这些区域主要与听觉信息的感知与处理有关[6,7].研究表明,这些区域中的有关核团神经元在听到同类鸣曲时会被强烈的激活,产生一系列的生理反应,包括一些即早基因的诱导表达和神经元电生理活动的改变[8,9].鸣唱的学习与产生以及鸣曲的识别是十分复杂的行为.听觉经验在习得性鸣曲的获得以及维持方面的重要性在近年已经得到证明,听觉记忆和听觉反馈相互作用进而指导发声学习的机制也越来越被关注[10].图1 鸣禽脑矢状面示意图[1]Fig.1 Schematic diagrams of composite views of parasagittal sections of the songbird brain[1](A)参与听觉识别与记忆的核团.白色区域为听到鸣曲时神经元活动增强和zenk基因诱导表达的区域;(B)涉及鸣曲产生与感觉运动学习的核团.深色区域为鸣禽发声时神经元活动增强和zenk基因诱导表达的区域.(A)Auitory pathways in the avian brain.Diagram of a songbird brain giving approximate positions of nuclei and brain regions involved in auditory perception and memory.White areas represent brain regions that show increased neuronal activation when the bird hears song;(B)Vocal pathways in the avian brain.Diagram of a songbird brain giving approximate positions of nuclei and brain regions involved in vocal production and sensorimotor learning.Dark nuclei in the song system show increased neu-ronal activation when the bird is singing.zenk基因是一类基因的首字母缩写,这些基因包括 Zif-268、Egr-1、NGFIA、brandt在1987年首次在大鼠脑中发现了一种神经营养因子诱导的基因即NGFIA[11],这个基因可以编码转录调节因子,并且这种诱导表达依赖于神经元的兴奋状态,因为它的诱导对于膜去极化是十分敏感的[12].后续的研究也发现zenk 基因可以作为一种即早基因,因为其具有快速而短暂的诱导特性,这与c-fos、c-jun 等是相同的[13].zenk基因可以表达出一些转录调节因子,这些转录因子能够结合到特定的DNA序列上,从而调节一些特定基因的表达,进而产生一系列胞内和胞外的生理效应.鸣曲和鸣唱行为诱导了鸣禽前脑的zenk mRNA和ZENK蛋白的诱导表达,并且研究认为这种表达导致了神经细胞的长期改变[14].但是在不同的刺激条件下,听觉系统和鸣唱系统出现了不同的zenk mRNA的表达形式,那么zenk基因的不同表达有着什么不同功能呢？zenk基因的诱导与鸣唱产生以及鸣曲的记忆存在怎样的关系？这些问题的解决将有助于我们进一步了解鸣曲的产生、识别以及教习曲模板的记忆机制,也有助于我们进一步了解听觉系统与鸣唱系统之间的联系.1 zenk在鸣禽听觉系统中的诱导表达20世纪80年代,zenk基因的诱导表达就已经引起了人们的关注,一些在鸣禽前脑诱导的zenk基因得到了克隆,并且几种zenk基因得到了鉴定.Mello首次发现在同类鸣曲的刺激下,鸣禽巢状皮质背内侧区 (caudal medial nidopallium,NCM)出现了大量zenk mRNA的诱导表达[8],并且认为,这种诱导的增加是表达zenk mRNA 的神经元数目增加的结果.后来的研究也发现ZENK蛋白在听觉端脑出现高水平且快速的表达,但是ZENK蛋白的表达迟于zenk mRNA的表达.zenk基因在鸣曲刺激的10 min后出现表达,30 min时zenk mRNA的表达达到峰值,在1～2 h后ZENK蛋白的表达达到峰值[15].后来的研究发现,在鸣曲的刺激下更多的区域出现了zenk基因或者ZENK蛋白的诱导表达,这些区域包括L区(Field L)的亚区Ll与L3、上纹状体腹侧尾部区(the caudo hyperstriatum ventral,cHV)、旧纹状体尾部和HVC壳(shelf)区以及RA杯(cup)区,这些区域被认为是接受特定鸣曲的听觉输入[2,6,7].研究发现NCM是zenk基因诱导表达最为显著的区域,因此zenk基因的诱导表达研究主要集中在NCM.由于听觉刺激诱导了zenk基因的表达,也许NCM与听觉信息的处理尤其是鸣曲的识别有关.研究发现,在同种鸣曲反复刺激后,zenk mRNA的表达出现了显著的下降,诱导出现习惯化.有趣的是,习惯化之后,对于新的鸣曲这种诱导现象仍然可以出现,这些都说明zenk基因的表达是对于特定鸣曲的应答[6].但是并不是所有的实验都得到了相同的诱导水平,因此研究者开始关注zenk在听觉区域的诱导水平的影响因素.结果发现,在小于20 d龄的斑胸草雀NCM并没有出现zenk mRNA的诱导,而将斑胸草雀隔离饲养,这种诱导现象也不会再出现,这就说明年龄和早期的社会经验会影响zenk基因的诱导表达[16].研究也发现这种诱导会被鸣禽自身的生理状态和实验条件所影响[17].视觉刺激同样可以调节鸣曲诱导的zenk基因表达,有实验研究了斑胸草雀在听觉刺激(song)和视觉刺激(dancing)下的诱导水平,发现视觉的刺激可以引起zenk基因高于对照组 (没有任何刺激),却低于处理组 (音频与视频双刺激)的诱导水平,但是这些结果是在旧皮层背中部区(caudomedial mesopallium,CMM)得到的,具有一定的局限性[18].因此有人认为,NCM和CMM都可以对听觉信息进行处理,但是它们可能涉及不同的听觉记忆.近年研究也发现,NCM和CMM中zenk基因的诱导与性别和物种有关,而且NCM和CMM在教习曲记忆与识别方面的作用也得到了证实[19].zenk诱导和电生理记录以及代谢指示物一样,都可以用于研究特定脑区对于不同感觉刺激,比如听觉的应答程度,但是它们所得到的结果却是不一致的.电生理研究证实了整个的NCM对于鸣曲的刺激都有应答,但是却仅仅在一些神经元内出现了zenk 基因的诱导表达.而单个神经元的记录也发现NCM的神经元并没有显示出对于个体鸣曲的不同应答,新的鸣曲会增加其发放频率的调节,鸣曲的不断刺激会改变其发放频率的调节水平,与此同时zenk基因不断的积累,但是重复的刺激使得频率最后不再变化,此时zenk基因诱导达到最大值.因此基因的诱导需要的不仅仅是电生理活动的改变,可能还需要其他的因素.同时NCM的单一神经元并不是听觉信息处理的场所,可能更重要的是神经元群.因此可能NCM中基因诱导的主要功能就是巩固NCM神经元突触输出的改变,而这与一系列即早基因调节蛋白在突触前广泛存在的研究结果是一致的[2,3,6,8].但是我们需要进一步的实验证明这些靶点是否会在不同的刺激条件下存在显著性的不同蛋白的表达.综上所述,鸣曲诱导了听觉系统多个区域zenk基因的表达,尤其是在NCM有最为显著的表达.最近的研究发现,致聋导致了新生的神经元进入NCM的数目减少.研究认为神经元的募集与神经存活可能与脑区的活动和使用频率有关.这也进一步证明,NCM在处理复杂听觉信息中发挥重要的作用[20].也有研究表明,NCM可能涉及到对于复杂的听觉刺激进行分类[21].因此,也许NCM的zenk表达可以作为一个对于瞬时出现的复杂听觉信息的胞内反应,但是不一定是对于特异性鸣曲的反应.这些信息需要投射到其它脑区进行处理,包括特定鸣曲的识别、记忆和储存.HVC就是一个可能的位点,因为研究发现,NCM和HVC壳和RA杯之间有直接的神经投射[22],而且HVC的一些神经元也显示出对于特定鸣曲的电生理应答[13],因此也许HVC壳和RA杯正是听觉信息处理的中继站,连接了NCM和鸣唱运动通路,但是需要进一步的实验论证.2 zenk在鸣禽鸣唱控制系统中的诱导表达大量的研究发现,鸣唱相关核团的许多神经元在鸣曲刺激时会显示出电生理活动的增加,包括 HVC、RA、LMAN、DLM 和 X 区[23].我们猜测鸣唱环路中可能也有zenk基因的表达.然而以往的研究表明,鸣曲的获得并没有涉及到鸣唱系统本身.Jarvis等发现是鸣唱行为而不是鸣曲本身诱导了雄性金丝雀和斑胸草雀鸣唱系统中zenk基因高水平的表达[24].Kimpo等在鸣唱的雄性斑胸草雀HVC和RA中发现即早基因c-fos蛋白的诱导表达[13],这两个核团对于鸣曲的产生是必要的.两项研究都证实了这种诱导不依赖于听觉经验,因为在致聋后这种诱导依然可以出现,这就表明是鸣唱行为而不是听觉反馈诱导了zenk基因的表达.更加奇怪的是,在切断左侧支配鸣管的神经后,虽然鸣禽只能发出极其微弱的声音,也没有发声时的姿势,但是这种诱导仍然存在,这就说明本体感觉就足以触发即早基因诱导表达[24].这两项研究初步地将zenk基因与鸣唱系统联系了起来.研究发现,鸣唱行为诱导的基因表达与鸣禽鸣唱产生的鸣曲数目成线性关系.但是在发育过程中,zenk基因在鸣唱系统不同核团中的诱导表达水平却不是同样的.研究表明,HVC和X区的诱导表达水平在不同的发育阶段基本是恒定的[24],但是在RA神经元内的zenk mRNA的诱导表达却是随着不同发育阶段而改变的[25].随着鸣曲的不断成熟,zenk基因在RA神经元内的诱导表达量逐渐降低[16,25].在幼鸟中,鸣唱行为触发了整个RA的zenk基因表达,但是在成鸟中却仅仅在RA的后半部分(RAp)出现了诱导表达,因此RAa(anterior of RA)可能与鸣唱的可塑性有关[16].但是目前的研究并没有发现RA前后两部分有任何的结构或者电生理方面的差异,这就需要我们进一步的分析RA内部的机制.对于HVC的研究也发现,仅仅是HVC投射到RA的神经元出现了c-fos的诱导表达,而HVC投射到X区的神经元却没有c-fos的诱导表达,这说明两种类型的投射具有显著的不同,可能在鸣曲学习的不同阶段发挥不同的作用[13].除了HVC和RA,还有其它的前脑和中脑核团也有zenk基因的诱导表达.比如LMAN、X区、mMAN (medial magnocellular nucleus of anterior nidopallium)、Av(nucleus avalanche), 其中 LMAN和X区引起我们的注意.LMAN和X区是AFP通路的重要组成部分.以往研究表明,AFP通路在鸣唱的产生中并不起作用[3],但是为什么在鸣唱时,LMAN和X区发现有zenk基因的诱导表达呢？电生理证据表明,LMAN和X区神经元可以对鸣曲进行应答[23],同时损毁实验也证实,AFP通路与鸣曲学习以及反馈依赖的鸣曲可塑性密切相关[26],LMAN可能与教习曲模板的记忆有关[27],而X区则与鸣曲的同步化有关[16],这两个核团的配合才使得AFP通路发挥比较教习曲和自身发声的作用,在幼年期可以进行自身发声与教习曲模板的匹配[28].而在成年期则维持自身的发声[10],这些说明AFP通路与鸣曲可塑性有关.最近的研究发现,AFP通路可能也涉及到了鸣唱技能的学习[29].3 zenk基因诱导与听觉和鸣唱系统的关系实验表明,听觉信息的处理是由一系列核团共同完成的.鸣曲的产生与维持同样是由一系列的核团所控制,这些与zenk基因在这些区域的广泛表达相一致.研究证实,鸣曲刺激使得广泛的听区出现电生理活动的改变,进而在某些核团中出现zenk基因的诱导表达[23].当鸣禽听到同类鸣曲时,听觉环路对于鸣曲进行识别,并通过zenk基因诱导形成长期记忆.而且在重复听到该鸣曲时,zenk诱导表达也会出现习惯化.新的鸣曲可以诱导zenk基因的再次应答,这就说明zenk与同类鸣曲的识别有着密切的关系.随后听区将信息传到HVC来指导鸣禽鸣唱,对同类鸣曲进行应答.在鸣曲学习过程中,鸣禽需要不断比较自己的发声与模板之间的差异.研究发现,这些模板的记忆主要在听区形成,而且NCM可能是重要的储存位点[6].在幼鸟鸣曲学习的早期已经形成了模板记忆.因此当幼鸟进行发声练习时,听区对鸣禽自身发声的应答水平明显低于同类鸣曲,因此听区将鸣禽自己的鸣曲信息传至HVC,然后HVC对信息进行整合,并且通过AFP通路进行自己发声与模板差异的分析,再通过LMAN 去调整发声,使自己的发声与模板相匹配,而在成鸟中,LMAN则是维持自己的发声[27].这些都与zenk基因在该区域的诱导实验结果一致.研究发现,当鸣禽听到鸣曲时,听觉和鸣唱环路都会处理信息.但两者处理方式不同.听觉环路储存信息可以通过基因诱导的方式,而鸣唱环路只是实时电生理特性的改变.如果NCM的zenk基因诱导具有长期记忆的功能,那么运动核团的zenk基因又是什么作用？也许ZENK蛋白作为一种转录调节因子可以诱导某些蛋白的产生,而这些蛋白在鸣唱行为中会被消耗,还有一种可能就是zenk可能涉及到与鸣曲运动记忆相关的蛋白合成[24].综上所述,鸣禽前脑zenk的诱导既与鸣唱的产生有关也与鸣曲的获得有关.在致聋的金丝雀中,尽管鸣唱减少了,但是在鸣唱时zenk基因的诱导表达并无减少.因此,听区的诱导表达与感知鸣曲有关,而鸣唱系统的诱导表达与鸣唱行为相关.但是电生理研究表明,鸣曲可以引起听觉和鸣唱系统中神经元的共同应答.这就提出一个重要问题:如何将听觉系统与鸣唱系统联系起来？听觉刺激并没有在鸣唱系统直接诱导zenk表达,但在一些毗邻区却有诱导,如HVC壳和RA杯[2,6],也许这些区域可以进行听觉和发声的整合.HVC在听觉系统和鸣唱系统中都处于关键的位置,无论是鸣曲的产生、识别和记忆都与HVC有着紧密的联系.研究发现,HVC不仅可对鸣曲电生理应答[23],而且在鸣唱时有zenk的诱导表达[24],但是目前对HVC的机制还远未搞清.4 zenk诱导表达相关的分子机制Mello等很早就开始关注zenk基因诱导相关的分子机制,并提出zenk基因的诱导仅仅是在神经激活环境下发生的基因调节事件之一.zenk诱导表达与其他的即早基因诱导表达是一致的,都是由神经活动引起的基因级联反应,然后再调节一系列的下游靶点,最终导致细胞的长期效应[2,6].Cole等在哺乳类的海马区首次发现刺激诱导的LTP可以引起zenk诱导表达,但是NMDA受体阻断剂却可以阻断这种诱导,这就表明NMDA受体介导了zenk基因的诱导表达[30].在鸣禽研究中发现,NCM出现大量的NMDA受体的表达,而NMDA受体介导了神经元钙离子内流[31],引起基因的诱导表达.进一步的研究表明,鸣唱诱导基因表达的胞内信号调节涉及一些激酶的磷酸化.在斑胸草雀,新鸣曲的初次出现会急剧增加ERK的磷酸化,并在5 min后恢复到了基础水平.研究认为,ERK可能是作为基因应答重复鸣曲刺激选择性习惯化的信号整合位点,因为一个重复的鸣曲会有选择性地引起ERK应答习惯化,而不同的鸣曲则会触发另一个ERK磷酸化而不影响前一个.而且研究发现,如果在鸣曲刺激前,在一侧听区加入ERK抑制剂,zenk mRNA的诱导表达会下降,但在另一侧,诱导却是正常的,这就直接证明了ERK对于zenk基因的诱导表达是必须的[2,32].近年研究表明,突触蛋白是基因应答神经兴奋性改变的后期组分,其表达依赖于一系列早期与后期调节基因的相互作用[33].研究表明,突触蛋白在鸣曲刺激后2～8 h才会增加,并且可被基因表达所抑制.这就说明,突触蛋白的表达并不是即早基因应答的结果,而是ERK 级联反应的结果.因此突触蛋白的作用可能是维持突触之间的联系.研究发现,在听觉刺激后的NCM出现了突触蛋白和调节突触囊泡释放的磷酸化蛋白的表达,并且这些蛋白存在于一些兴奋性神经元,暗示谷氨酸在介导这种基因诱导的后期组分方面发挥重要作用[2].鸣曲的诱导也涉及MARK通路和钙调蛋白[2,33],并且在ERK/MARK通路中,ERK激活使得CREB (cAMP-response element binding protein)磷酸化.CREB是一种非常重要的基因调节蛋白,可以调节多种基因的表达.CREB的激活促进肌动蛋白网络的形成和arc蛋白在树突棘上共存,然后经过分子级联反应促进一些zenk基因表达[34].而zenk基因的诱导表达又可以产生一系列的后期组分,比如定位在轴突上的突触蛋白,当然也有一些后期组分定位在树突上.突触蛋白在产生后会通过微管转运到轴突末端.而钙粘蛋白和其他一些小分子则将突触前与突触后组分连接在一起(图2).但是鸣曲诱导的小分子如何转变成为胞内的效应,进而在细胞和环路水平上影响鸣唱的产生与学习仍然是有待解决的问题.更重要的问题是如何从zenk基因的诱导表达去理解听觉信息处理、听觉反馈和鸣唱行为之间的关系.鸣禽如何对复杂的声音信息进行处理？处理后的听觉信息又是如何指导鸣唱行为？听觉反馈又是通过怎样的机制去影响发声？这些问题的解决无疑将会对感觉信息的处理以及感觉运动整合机制带来突破.图2 神经细胞中对于鸣曲的记忆发挥重要作用的分子通路示意图[2]Fig.2 Schematic views of molecular pathways that are important for memory of birdsong in a neuronal cell[2](A)神经细胞,矩形B、C、D分别对应其下面各放大图;(B)突触终末释放谷氨酸进入突触间隙,并且通过与突触后的谷氨酸受体结合激活突触后神经元;(C)ERK/MAPK的激活促进了IEG的表达.即早基因蛋白促进或者抑制一些基因转录,这些基因编码了一些后效应蛋白;(D)突触蛋白通过微管转运到突触前终末,并且将囊泡锚定在突触前肌动蛋白上.ARC,活动调节的细胞骨架相关mRNA;ERKP,磷酸化的ERK;IEGs,即早基因.(A)The rectangles B,C,and D in thissimplified view of a neuron are enlarged in the corresponding panelsB,C,and D;(B)A presynaptic terminal releases the neurotransmitter glutamate into the synaptic cleft,which activates the postsynaptic terminal by binding to glutamate receptors.These receptors activate the MAPK signaling pathway,which leads to ERK/MAPK phosphorylation and translocation.The actin network that is present in the dendritic spine accommodates arc proteins;(C)A part of a nucleus and soma is shown,together with the molecular pathways that are important for auditory memory.ERK/MAPK activation promotes IEG expression.The IEG proteins promote or inhibit transcription of other genes that encode late effector proteins.Some late effector proteins may be transported to the dendrites,while others,such as synapsins,are transported to theaxon;(D)Synapsins are transported to the presynaptic terminal via microtubuli.There,they anchor vesicles to the actin cytoskeleton.When synapsins are phos-phorylated,their affinity for both actin and vesicles decreases.Thus,the vesicles are released and can fuse with the membrane and secrete neurotransmitters into the synaptic cleft.The pre-and post-synaptic membranes are linked together through cadherins,among other factors.ARC,activity-regulated cytoskeleton-associatedmRNA;ERKP,phosphorylated ERK;IEGs,immediate early genes.参考文献(References):【相关文献】[1] BERWICK R C,BECKERS G J,OKANOYA K,et al.A bird's eye view of human language evolution[J].Frontiers in Evolutionary Neuroscience,2012,4(5):1-5.[2] MOORMAN S,MELLO C V,BOLHUIS J J.From songs to synapses:molecular mechanisms of birdsong memory.Molecular mechanisms of auditory learning in songbirds involve 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