BDNF参与鸣禽前脑HVC-RA通路对鸣唱行为调控及其机制研究

The singing of songbirds is a kind of complex vocal learning behavior. The pathway from the high vocal center (HVC) to the robust nucleus of the arcopallium (RA) in songbirds' forebrain is the direct pathway controlling song behavior. Recent studies have shown that brain-derived neurotrophic factor (BDNF) can cause changes in the number of HVC-RA synapses and song behavior. However, the detailed mechanism about the modulation effects of BDNF involved in the HVC-RA pathway on song behavior is poorly understood. With the changes in the structure of HVC-RA pathway and song behavior induced by BDNF, the neuronal electrophysiological properties and synaptic transmission efficacy of HVC-RA pathway will change. In this study, the detailed mechanism about modulation effects of BDNF on HVC-RA pathway regulating song behavior will be studied in vivo or in vitro through neural structure, synaptic transmission function and song behavior by using morphological technology, spectrogram analysis and electrophysiology methods, respectively. This study will provide an experimental basis for elucidating the further detailed mechanism about the modulation effects of BDNF on HVC-RA pathway regulating song behavior and provide theoretical insight for researches on human language learning, relationship between brain and behavior, and other scientific problems.

鸣禽鸣唱是一种复杂的发声学习行为。鸣禽前脑的高级发声中枢（HVC）至弓状皮质栎核（RA）通路是控制鸣唱行为的直接通路。已有的研究表明，脑源性神经营养因子（BDNF）可引起HVC-RA通路突触数量和鸣唱行为的改变。但目前对BDNF参与HVC-RA通路调控鸣唱行为的作用机制仍不清楚。在BDNF引起HVC-RA通路结构和鸣唱行为变化的过程中，必然伴随该通路神经元电生理学特性和突触传递效能的改变。因此，本项目拟运用形态学、声谱记录与分析、电生理记录等多种技术，从神经结构、突触功能和鸣唱行为三个方面，对BDNF参与HVC-RA通路对鸣唱行为的调控作用及机制进行在体和离体研究。该项目将为深入阐明BDNF参与HVC-RA通路对鸣禽鸣唱行为的调控机制提供实验依据，并从比较生理学的角度，为研究人类语言学习、脑与行为关系等科学问题提供理论支持。

与人类运动技能学习类似，鸣禽鸣唱也是一种复杂运动序列学习过程。在该项目资助下，我们研究了BDNF参与鸣禽前脑HVC-RA通路对鸣唱行为的调控机制，同时拓展研究了多巴胺、胆碱类递质及性激素对鸣唱前运动核团RA投射神经元活动及其接受的突触传递调控的机制。已获得的研究结果表明：1）BDNF可通过受体trkB轻微提升成年雄性斑胸草雀鸣唱前运动核团RA投射神经元的兴奋性，同时通过突触前机制增强其接受的兴奋性突触传递，提示BDNF可能在成年鸣禽鸣唱发声行为中起调控作用；2）神经递质多巴胺可抑制成年雄性斑胸草雀RA投射神经元接受的兴奋性突触传递，且该作用主要通过突触前机制由D1样多巴胺受体D1R介导，而D2样多巴胺受体D2R未参与该作用；3）胆碱能信号主要通过M型乙酰胆碱受体mAChRs而非N型乙酰胆碱受体nAChRs降低成年雄性斑胸草雀RA投射神经元兴奋性，减少RA投射神经元的活动；4）成年雄性斑胸草雀RA投射神经元比雌鸟RA投射神经元接受更多的抑制性突触支配，提示RA内的抑制性中间神经元网络可能在鸣唱学习及发声控制过程中起重要作用；5）抑制成年雄性斑胸草雀的雌激素合成，可降低其鸣曲的稳定性，同时降低了RA投射神经元的兴奋性，但增强了鸣唱运动通路HVC-RA的基础突触传递水平。该项目的研究发现和结果可为深入阐明鸣禽鸣唱学习行为调控的神经机理提供一批重要实验数据和理论成果，同时可从比较生理学的角度，为研究人类语言学习、脑与行为的关系、神经活动与运动编码以及某些语言障碍疾病的治疗提供理论支持和思路借鉴。