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Elemental gesture dynamics are encoded by song premotor cortical neurons

机译:基本手势动力学由歌曲运动前皮质神经元编码

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摘要

Quantitative biomechanical models can identify control parameters that are used during movements, and movement parameters that are encoded by premotor neurons. We fit a mathematical dynamical systems model including subsyringeal pressure, syringeal biomechanics and upper-vocal-tract filtering to the songs of zebra finches. This reduces the dimensionality of singing dynamics, described as trajectories (motor 'gestures') in a space of syringeal pressure and tension. Here we assess model performance by characterizing the auditory response 'replay' of song premotor HVC neurons to the presentation of song variants in sleeping birds, and by examining HVC activity in singing birds. HVC projection neurons were excited and interneurons were suppressed within a few milliseconds of the extreme time points of the gesture trajectories. Thus, the HVC precisely encodes vocal motor output through activity at the times of extreme points of movement trajectories. We propose that the sequential activity of HVC neurons is used as a 'forward' model, representing the sequence of gestures in song to make predictions on expected behaviour and evaluate feedback.%“斑胸草雀”等乌儿发出的复杂叫声需要精rn确计时的声音控制。关于怎样实现这种计时rn的一个理论是,HVC(对于鸟叫声的学习和rn产生来说必不可少的脑区域)中的神经元产rn生一个“时钟”信号来确定音节长短。Daniel rnMargoliash及其同事提出了支持另一模型的证rn据:通过将对禽鸣管进行生物物理模拟与对rn睡着的和清醒的鸟儿进行录音的方法相结合,rn他们发现,HVC活动与鸟儿歌唱是精确同步rn的。这说明,这些神经元不是编码时间,而是rn采用一个预测性的、“前瞻性”的“感觉运动”rn(sensorimotor)唱歌(鸣叫)模式。
机译:定量生物力学模型可以识别运动期间使用的控制参数以及运动前神经元编码的运动参数。我们将数学动态系统模型拟合到斑马雀的歌曲中,其中包括注射器下压力,注射器生物力学和上声道过滤。这降低了唱歌动态的维数,在注射器压力和张力的空间中被描述为轨迹(运动“手势”)。在这里,我们通过表征歌曲前运动型HVC神经元对熟睡的鸟类中歌曲变体的呈现的听觉响应“重播”,以及通过检查唱歌鸟类中的HVC活性,来评估模型性能。 HVC投射神经元在手势轨迹的最短时间点的几毫秒内被激发,中间神经元被抑制。因此,HVC通过在运动轨迹的极端点进行活动来精确编码声带运动输出。我们建议将HVC神经元的顺序活动用作“前进”模型,代表歌曲中的手势序列,以预测预期行为并评估反馈。%“斑胸草雀”等乌儿发出的复杂叫声需要精rn确计时的声音控制。关于如何实现这种计时rn的一个理论是,HVC(对于鸟叫声的学习和rn产生必不可少的脑区域)中的神经元产rn生一个“丹尼尔·马尔戈利亚什(Daniel rnMargoliash)及其同事提出了支持另一种模型的证件,据此:通过将对禽鸣管进行生物物理模拟与对rn睡着的和清醒的鸟儿进行录音的方法相结合,rn他们发现,HVC活动与鸟儿歌唱是精确同步rn的。这说明,这些神经元不是编码时间,而是rn采用一个预测性的,“前瞻性”的“感觉运动” rn(sensorimotor)唱歌(鸣叫)模式。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2013年第7439期|59-64B2|共7页
  • 作者单位

    Department of Organismal Biology and Anatomy, University of Chicago, 1027 East 57th Street, Chicago, 11 inois 60637, USA,Department of Physics, FCEN, University of Buenos Aires, Intendente Guiraldes 2160, Pabellon 1, Buenos Aires 1428, Argentina;

    Department of Physics, FCEN, University of Buenos Aires, Intendente Guirafdes 2160, Pabellon 1, Buenos Aires 1428, Argentina;

    Department of Physics, FCEN, University of Buenos Aires, Intendente Guirafdes 2160, Pabellon 1, Buenos Aires 1428, Argentina;

    Department of Organismal Biology and Anatomy, University of Chicago, 1027 East 57th Street, Chicago, 11 inois 60637, USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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