노래 학습의 사회적 인증을 위한 신경 회로

Nature Communications 13권, 기사 번호: 4442(2022) 이 기사 인용

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의사소통을 배울 때 사회적 상호작용은 필수적입니다. 인간의 말과 새 노래에서 유아는 정확한 발성 패턴을 습득하고 이를 모방 소스가 아닌 실시간 교사와 연관시키는 방법을 배워야 합니다. 그러나 음성 학습 중 사회적 현실의 신경 메커니즘은 아직 알려지지 않았습니다. 여기에서는 얼룩말 핀치의 정확한 노래 학습을 지원하는 사회적 인증을 위한 신경 회로를 특성화합니다. 우리는 실제 성인 교사로부터 노래를 배우는 동안 어린 새들의 주의/각성 상태 제어 센터인 청반(LC)에서 신경 활동을 기록했습니다. 학습하는 동안 인위적이 아닌 실제 사회적 정보로 LC 활동이 증가하여 학습된 노래의 정확성과 견고성이 향상되었습니다. 실시간 소셜 노래 학습 중에 LC 활동은 청각 기억 영역인 caudomedial nidopallium(NCM)에서 장기 노래 선택 신경 반응을 조절합니다. 따라서, NCM에서 LC 시냅스전 신호전달의 광유전학적 억제는 라이브 교사 노래 및 손상된 노래 학습에 대한 NCM 신경 반응을 감소시켰습니다. 이러한 결과는 LC-NCM 신경 회로가 노래 학습을 인증하기 위해 노래 음향 특징과 구별되는 실제 사회적 상호 작용의 감각적 증거를 통합한다는 것을 보여줍니다. 이번 연구 결과는 뇌 발달에 있어 사회적 정보를 검증하는 일반적인 메커니즘을 제시합니다.

음성 의사소통이 가능한 척추동물의 경우, 음향 훈련에 실제 성인 교사와의 진정한 사회적 상호 작용이 동반될 때 조기 청각 학습이 더 효과적입니다. 인간 유아의 실제 사회적 상호 작용을 통한 음성 노출은 음소 감지의 발달을 유발하는 반면, 수동적 청각 노출은 성공적인 언어 발달에 충분하지 않습니다2. 마찬가지로, 청소년 송버드는 라이브 교사와의 음성 의사소통을 통해 효과적으로 노래하는 방법을 배우지만 교사 노래의 녹음된 재생에 수동적으로 노출된 후에는 노래 품질이 저하됩니다3,4,5. 청소년 얼룩말 핀치에서는 노래 재생을 시작할 때 노래 학습이 향상되어 주의나 동기 부여와 같은 내부 상태가 학습을 향상시킨다는 것을 암시합니다. 최근 증거는 노래 학습에서 신경 조절의 역할을 시사합니다. 중뇌 수로주위회색(PAG)은 도파민 신호5를 통한 문화적 전달을 위한 음성 복사를 촉진합니다. 노르아드레날린성(NE) 신호 전달을 위한 또 다른 주요 신경 조절 명령 센터인 청반(LC)은 주의력과 각성을 조절하여 내부 상태 정보를 뇌 전체에 전달하는 것으로 알려져 있습니다. LC 신경 활동은 장기 기억, 감각 지각, 동기 부여와 같은 행동 과정을 조절하여 학습과 기억을 촉진합니다7,8,9,10,11. 살아있는 노래 교사에게 어린 새를 노출시키면 스피커를 통해 동일한 노래에 수동적으로 노출된 대조군 청소년에 비해 LC 뉴런의 즉각적인 초기 유전자의 발현이 증가합니다4. LC 뉴런은 해부학적으로 조류의 고등 청각 피질인 꼬리내측 니도팔륨(NCM)12에 투영되며, 이는 교사 노래의 기억 형성을 위해 제안된 뇌 위치입니다. 우리는 최근 NCM 뉴런의 하위 집합이 교사 노래에 선택적으로 반응하고 교사가 있는 경우 해당 뉴런의 청각 반응이 증가한다는 것을 보고했습니다. 그러나 NCM 신경 활동이 튜터 노래의 음향적 특징을 제외하고 LC를 통해 튜터의 사회적 정보를 통합할 수 있는지 여부는 아직 알려지지 않았습니다. 이 연구에서 우리는 사회적으로 상호 작용하는 교사로부터 노래하는 법을 배우는 어린 얼룩말 핀치의 LC-NCM 신경 회로에서 신경 활동을 기록하고 조작했습니다. 우리는 실제 성인 교사와의 음성 의사소통 중에 LC-NCM 신경 회로에서 향상된 신경 활동을 관찰했습니다. 라이브 노래 교사에 노출되는 동안 LC-NCM 신경 회로가 광유전학적으로 억제된 청소년은 교사의 노래를 배우지 않았으며, 이는 이 신경 조절 메커니즘이 정확한 노래 학습을 위한 운율 패턴 처리와 동시에 사회적 정보를 통합하고 인증함을 시사합니다.