鸣禽鸣啭学习期间发声学习神经通路突触可塑性机制的研究

There are remarkable behavioral,neuronal,and genetic similarities between the way songbirds learn to sing and human infants learn to speak.Songbirds provide rich material for comparative studies of vertebrate motor learning.The notable plasticity change in song system during vocal-learning preriod is the rearrangements of synapses and local neuronal circuitry that mediate behavior in regions contributing to these behaviors.The development changes in the numbers and functiion of synapses and dendritic spines in forebrain regions associated with song learning must occur in cojunction with a period of synapse elimination,rearrangement and dendritic declines that continues in adulthood.Hovever, little is known about the early events of song learning for the dynamic chnages of synapses and dendritic spines.In this project, our aim is to study the dynamic changes of synapses and modulation mechanism in song system by using zebra fonches.Light and electron microscopy with neuronal tracing will be combineted to observe the dynamic changes of synaptic number,neuron type based on fluorescence signal and dendritic spine in the context .DNA microarray method will be employed to identify the specific genes that display a specific expressons in the vocal control neucei.plasmid-mediated RNAi technology will be used to exploit the function candidate genes that display important in the events of driving song learning behavior and shaping the dynamic change of synapses and spines.This project may provide insights into the neuronal basis for vocal-learning behavior, auditory memory and brain plasticity.

鸣禽的鸣啭学习与人类语言行为在细胞、分子和基因不同水平显示出极大的相似性，因此鸣禽为研究人类语言现象及神经调控机制提供了杰出的动物模型。鸣禽发声学习期间脑中发生的最显著变化是发声系统中的突触重排和局部网络重构现象。前脑发声控制核中树突棘的修剪和突触连接的竞争及重新分布过程贯穿全部感觉运动学习期，并一直持续到成年，然而对突触的这种动态变化及调节机制目前还不清楚。本申请拟应用鸣禽斑胸草雀，采用光镜和电镜结合及神经示踪方法，研究在不同听觉刺激条件下发声控制通路核团的突触数量、突触棘类型和突触后受体修剪的动态变化；应用DNA基因芯片技术，筛选发声学习期间特异表达的基因及其在蛋白和分子水平表达的特征；应用RNAi基因沉默等技术，研究候选基因在启动鸣啭学习发生及调节突触和树突棘动态变化的功能。此项研究为深入理解动物行为变化的神经基础及揭示听觉记忆机制提供新的资料。

鸣禽的鸣啭学习与人类语言行为在细胞、分子和基因不同水平显示出极大的相似性，鸣禽的语言学习高度依赖于听觉信息的传入及前脑发声控制神经通路的调控，因此鸣禽为研究人类语言现象及神经调控机制提供了杰出的动物模型。鸣禽发声学习期间脑中发生的最显著变化是发声系统中的突触重排和局部网络重构现象。前脑发声控制核中树突棘的修剪和突触连接的竞争及重新分布过程贯穿感觉运动的全部学习期，并一直持续到成年，然而对突触的这种动态变化及调节机制目前还不清楚。.本申请应用鸣禽斑胸草雀，采用光镜和电镜结合及神经示踪方法，研究听觉损失对发声控制通路核团中突触的数量、突触棘类型和突触后受体修剪的动态变化；应用免疫组织化学及组织培养等不同方法，观察了在发育不同阶段新神经元产生、迁移和表型分化等方面的差异，同时结合声谱变化研究了新神经元与鸣啭学习行为的关系。项目执行期间获得的重要研究成果包括：..（1）成年斑胸草雀耳蜗致聋后，RA神经元突触面密度,树突数量及棘的密度均发生了显著的变化;(2）三种钙结合蛋白（CaBPs）Calretinin (CR), Parvalbumin (PV) 和Calbindin-D28k (CB) 在NM核中的多数神经元中均共存，无神经元群体表达差异;耳蜗致聋后能引起CR和PV随时间表达的动态变化；（3）前脑HVC神经元在产生、迁移的发育过程中，均存在明显性双态性；雌激素和BDNF共同参与了HVC神经元发育的调控；（4）成年鸣禽双侧耳蜗摘出后引起成年鸣禽RA核神经元树突及树突棘结构的显著变化，同时伴随着声音结构的显著恶化；致聋同时损毁基底神经节中发声控制核X区后，能明显阻断由于听觉损毁造成的声音退化及RA核神经元树突结构的改变。本项研究结果提示，鸣禽发声学习依赖于基底神经节神经环路的精确调控，鸣禽能通过发育期的听觉反馈，不断修剪发声控制神经环路的突触连接，维持其鸣啭结构的正常发育。