研究发现：睡觉是斑马雀学习唱歌的关键

2020-01-16 来源：

诸如说或唱歌等复杂的学习过程遵循类似的模式。UZH和苏黎世联邦理工学院的研究人员以斑纹雀的例子为例，研究了幼鸟如何模仿其父亲的求爱歌曲并练习数千次。研究表明，一夜之间会记住这首歌的哪些方面，而睡眠使这只鸟能够在前一天的进步中获得最佳的成长。

斑马雀科试图模仿成年斑马雀科的歌曲，然后将其用于宫廷女性。

斑马雀科尝试模仿成年斑马雀科的歌曲，然后将其用于向女性求偶（左侧）。图片：ETH / UZH的Richard Hahnloser）

学习新的运动技能的能力对于我们生活的几乎所有方面都是至关重要的。从婴儿出生的那一刻起，它就学会了移动手臂和手，发音和走路。这些技能通常是通过练习来学习的，需要进行数千次重复。有些重复比其他的要好，并且总体上它们还在不断提高。

这些改进的基础是大脑布线的变化。必须调整跨多个大脑区域的神经元之间以及大脑与肌肉之间的数百万个连接。以后必须合并这些更改，以确保在要求相同的大脑区域学习不同技能时不会丢失这些更改。

一般原理是复杂运动的基础

理解这种学习的生物学基础的一个巨大挑战是不同技能的独特性质：“人们认为，非常相似的机制是学习弹钢琴或学习说话的基础，但是所涉及的肌肉和动作却完全不同，”苏黎世大学神经信息学研究所的博士后Sepp Kollmorgen说。

在神经信息学研究所的一项新研究中，苏黎世大学和苏黎世联邦理工学院的研究人员分析了学习技能的基本原则。科尔摩根和研究人员团队介绍了一个通用框架，可以将复杂的运动技能发生的各种变化提炼为简单的“轨迹”，这使他们能够知道技能变化的方式和时间，而不必考虑技能的所有细节。涉及动作。

斑马雀每天重复一首歌

研究人员使用这个新颖的框架来研究少年雄性斑马雀如何逐渐学会唱歌。在野外，他们尝试模仿成年斑马雀科的歌曲，然后用它来吸引雌性。当他们大约40天大时，他们开始尝试重现歌曲，在接下来的三个月中每天练习数千次。

苏黎世联邦理工学院神经信息学教授Richard Hahnloser说：“我们认为，这种学习所涉及的大脑过程可能类似于人类在学习运动技能时所处的大脑过程。” 在鸟类中研究这一过程的一大优势是，研究人员拥有更精确的工具，可以观察学习过程中大脑中正在发生的事情。

好歌稳步提高

研究团队在斑马雀科动物中发现的学习轨迹揭示了一些惊喜：首先，他们表明学习过程是多层的，在某种意义上，好歌和坏歌以不同的方式发生变化。在任何一天，大多数歌曲听起来彼此相似，但偶尔鸟会设法产生一首特别好或听起来很糟糕的歌曲。科学家发现，最好的歌曲在一天中缓慢而稳定地提高，并且不会在一夜之间改变。第二天早上，最好的歌曲听起来像前一天晚上的最好的歌曲。另一方面，非常糟糕的歌曲在白天会迅速改善，但是随后一夜，这只鸟却忘记了大部分学到的知识。第二天早上，非常糟糕的歌曲听起来和前一天早上的一样糟糕。

另一方面，学习轨迹表明，在一天中发生的许多变化中，大多数会在一夜之间重置，大概是因为它们与鸟试图唱歌无关。“对此的一种解释是，这些鸟非常有效。睡眠使他们能够完美地记住自己白天学习的所有美好事物，而忘记所有不重要的事物。”苏黎世大学教授，该研究的最后作者瓦莱里奥·曼特（Valerio Mante）解释说。