王松華 李東風(fēng) 孟 瑋**

（1）江西科技師范大學(xué)，有機(jī)功能分子研究所，南昌 330013；2）華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣州 510631）

斑胸草雀（Taeniopygia guttata），成年雄鳥善鳴，可用作開展發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、語言機(jī)理、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域研究的模型動(dòng)物。

以模式動(dòng)物進(jìn)行科學(xué)研究是生物學(xué)的一個(gè)傳統(tǒng)。從線蟲到果蠅，從小鼠到鳴禽，模式動(dòng)物功不可沒。將斑胸草雀（zebra finch）等鳴禽用作模型動(dòng)物，得到全球同行的認(rèn)可，并在發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、語言機(jī)理、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。

鳴禽是鳥類中數(shù)量最為龐大的一支，屬于雀形目，體態(tài)小巧玲瓏，鳴唱婉轉(zhuǎn)動(dòng)聽（附件Movie S1，附件Audio S1）。鳴禽的發(fā)聲出自鳴管，位于氣管與支氣管交界處，由一組鳴肌環(huán)繞，在腦神經(jīng)支配下收縮引起氣道內(nèi)氣體震蕩產(chǎn)生優(yōu)美的旋律（附件Movie S1）。更重要的是，鳴禽被認(rèn)為是自然界中除人類外具有最為復(fù)雜發(fā)聲行為的動(dòng)物。鳴禽鳴唱與人類語言相似，是一種發(fā)聲學(xué)習(xí)行為［1-2］。人類和鳴禽都是在生命早期的關(guān)鍵階段學(xué)習(xí)發(fā)聲，也都需通過聽覺反饋來糾正并完善自身發(fā)聲［3］。在進(jìn)化上，鳴禽某些鳴唱控制核團(tuán)與人類語言發(fā)聲腦區(qū)共享類似的轉(zhuǎn)錄譜，且具有和人類相似的發(fā)聲調(diào)控神經(jīng)通路，包括對(duì)發(fā)聲學(xué)習(xí)至關(guān)重要的皮層-紋狀體-丘腦-皮層環(huán)路和前腦發(fā)聲運(yùn)動(dòng)控制區(qū)域投射至腦干發(fā)聲運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的運(yùn)動(dòng)通路［4］。此外，鳴禽鳴唱可以通過聲學(xué)軟件進(jìn)行量化分析，更加準(zhǔn)確地評(píng)估行為與神經(jīng)活動(dòng)之間的關(guān)系。因此，鳴禽為發(fā)聲學(xué)習(xí)行為研究提供了理想的動(dòng)物模型［5-6］，并對(duì)理解人類語言學(xué)習(xí)機(jī)制具有重要意義［7］。

1 國內(nèi)外鳥鳴研究歷史回顧

鳴禽鳴唱研究已有近百年歷史，但將鳴禽作為模式動(dòng)物只有幾十年。在國內(nèi)，東北師范大學(xué)藍(lán)書成教授是中國鳥鳴生理學(xué)的開拓者和奠基人，率先開展鳥類（家禽）及鳴禽發(fā)聲行為機(jī)制研究并形成“具有特色和獨(dú)創(chuàng)性”的比較生理學(xué)研究領(lǐng)域［8］。1958 年首次發(fā)現(xiàn)刺激鳥類中腦可以引起鳴叫反應(yīng)及植物性反應(yīng)［9］。1962 年在清醒狀態(tài)下刺激鳥類中腦可以引起鳴叫反應(yīng)及軀體運(yùn)動(dòng)反應(yīng)［10］。1980年后，左明雪及其團(tuán)隊(duì)、李東風(fēng)及其團(tuán)隊(duì)、張信文課題組分別在東北師范大學(xué)、北京師范大學(xué)、華南師范大學(xué)、海南師范大學(xué)接續(xù)傳承，繼續(xù)開展鳴禽鳴唱行為機(jī)制的研究。2016 年，孟瑋和王松華博士在江西科技師范大學(xué)組成團(tuán)隊(duì)繼續(xù)堅(jiān)持鳥鳴研究，并嘗試探索鳴禽模型對(duì)語言障礙治療的意義。

1948年，英國劍橋大學(xué)Willams Thorpe率先開始了鳥鳴研究，發(fā)現(xiàn)蒼頭燕雀可以通過學(xué)習(xí)獲得鳴唱行為，開創(chuàng)性運(yùn)用聲譜儀記錄了鳴禽的發(fā)聲行為。隨后他的學(xué)生Peter Marler［11］在美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校以白冠雀為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)幼年關(guān)鍵學(xué)習(xí)期對(duì)鳴禽鳴唱學(xué)習(xí)的重要性。此后，Marler的學(xué)生們發(fā)表了一系列關(guān)于鳴禽鳴唱行為及機(jī)制研究的論文。其中，1969 年麻省理工學(xué)院Masakazuk Konish［12］闡述了聽覺反饋對(duì)鳴禽發(fā)聲學(xué)習(xí)及產(chǎn)生的重要意義。1976 年洛克菲勒大學(xué)Fernando Nottebohm［13］探明了金絲雀鳴唱神經(jīng)通路，包括發(fā)聲運(yùn)動(dòng)通路和前端腦通路，這為后續(xù)鳴禽鳴唱神經(jīng)生物學(xué)研究奠定了解剖學(xué)基礎(chǔ)。同年，Nottebohm 和加州大學(xué)洛杉磯分校Arthur P Arnold［14］發(fā)現(xiàn)鳴禽鳴唱控制系統(tǒng)存在性別二態(tài)性，開啟了探索性激素對(duì)鳴禽鳴唱行為調(diào)控作用的研究方向。1985 年，Nottebohm 實(shí)驗(yàn)室［15-17］發(fā)現(xiàn)成年鳴禽高級(jí)發(fā)聲中樞（high vocal center，HVC）存在新生神經(jīng)元，并替換舊神經(jīng)元加入已有的發(fā)聲通路，這是首次在哺乳動(dòng)物外發(fā)現(xiàn)成年新生神經(jīng)元。1998 年至今，洛克菲勒大學(xué)Erich D Jarvis［18］深入研究了鳴禽發(fā)聲學(xué)習(xí)的分子和遺傳機(jī)制，參照人腦結(jié)構(gòu)對(duì)鳴禽腦結(jié)構(gòu)重新命名［19］，將鳥類紋狀體與人類皮層相對(duì)應(yīng)，進(jìn)而探究人類復(fù)雜語言行為的進(jìn)化 歷 程［5，20］。2000 年，加 州 大 學(xué) 舊 金 山 分 校Michael S Brainard 和Allison Doupe［21］發(fā)現(xiàn)鳴禽基底神經(jīng)節(jié)X區(qū)調(diào)控鳴唱可塑性的機(jī)制，從此啟動(dòng)大量關(guān)于鳴禽基底神經(jīng)節(jié)對(duì)發(fā)聲行為調(diào)控的研究。同年，芝加哥大學(xué)Daniel Margoliash 實(shí)驗(yàn)室［22］首次發(fā)現(xiàn)睡眠在鳴禽鳴唱感覺運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過程中的重要作用，為支持睡眠參與學(xué)習(xí)記憶的假設(shè)提供了重要例證。2001 年，Doupe 實(shí)驗(yàn)室［23］在與鳴唱學(xué)習(xí)相關(guān)前端腦通路中的巢型皮質(zhì)前部巨細(xì)胞核外側(cè)部（lateral portion of the magnocellular nucleus of the anterior neostriatum，LMAN） 發(fā)現(xiàn)長時(shí)程增強(qiáng)（long term potential，LTP）現(xiàn)象對(duì)鳴唱學(xué)習(xí)是必須的，這是首次證實(shí)鳴唱控制系統(tǒng)內(nèi)存在長時(shí)程突觸可塑性。2012 年，杜克大學(xué)Richard Mooney 實(shí)驗(yàn)室［24］首次將光遺傳技術(shù)應(yīng)用在鳴禽腦操縱鳴唱行為，為鳴禽鳴唱行為研究帶來了新的視角。2021年，Brainard 與Todd F Roberts 等［25］合作，運(yùn)用單細(xì)胞RNA 測序技術(shù)檢測鳴禽鳴唱運(yùn)動(dòng)通路的神經(jīng)元特性，首次提供了鳴禽鳴唱核團(tuán)神經(jīng)元的RNA表達(dá)譜，并揭示鳴禽鳴唱通路和哺乳動(dòng)物發(fā)聲通路具有不同的發(fā)育起源但具有相似的轉(zhuǎn)錄神經(jīng)元。

2 鳴禽模型在發(fā)聲行為學(xué)與神經(jīng)生物學(xué)跨學(xué)科研究中的應(yīng)用

2.1 鳴曲可塑性機(jī)制

鳴禽為揭示動(dòng)物行為和神經(jīng)可塑性的關(guān)系提供了一個(gè)有趣的研究系統(tǒng)［26］。在鳴禽鳴唱的習(xí)得過程中，鳴曲從高度變化的可塑期逐漸進(jìn)入穩(wěn)定的固化期。即使在成年鳴曲完全固化之后，鳴曲也具有一定的可塑性。近些年研究發(fā)現(xiàn)，鳴曲可塑性的產(chǎn)生機(jī)制主要受控于基底神經(jīng)節(jié)及相關(guān)聯(lián)區(qū)域。Woolley等［27］首次發(fā)現(xiàn)，X區(qū)的蒼白球神經(jīng)元電活動(dòng)編碼鳴禽鳴唱類型。Mooney 實(shí)驗(yàn)室［28］利用光遺傳技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，抑制X區(qū)棘神經(jīng)元的活動(dòng)可調(diào)控鳴禽鳴唱學(xué)習(xí)過程中的鳴曲可塑性。另外還發(fā)現(xiàn)，激活腹側(cè)被蓋區(qū)（ventral tegmental area，VTA）-X 區(qū)通路足以引起幼鳥鳴唱學(xué)習(xí)［29-30］，其中VTA是神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺（dopamine，DA）的重要來源之一，提示VTA 投射至X 區(qū)的多巴胺能神經(jīng)纖維在對(duì)鳴唱學(xué)習(xí)行為的調(diào)控中起重要作用。同時(shí)有研究表明，X 區(qū)的下游核團(tuán)LMAN 電活動(dòng)調(diào)控鳴曲音節(jié)基頻的波動(dòng)［31］。此外，研究證實(shí)投射到X 區(qū)的HVC神經(jīng)元（HVCX）活動(dòng)對(duì)幼鳥鳴唱學(xué)習(xí)行為是必需的，但與成年期鳴曲可塑性無關(guān)［32］。且近年有研究表明，鳴禽連接小腦和基底神經(jīng)節(jié)的皮層下回路，參與了鳴唱學(xué)習(xí)過程［33］，提示小腦在調(diào)控鳴唱學(xué)習(xí)中的作用。

2.2 神經(jīng)遞質(zhì)及性激素等生物活性物質(zhì)對(duì)鳴禽鳴唱行為的調(diào)控

DA 系統(tǒng)是腦內(nèi)重要的神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)之一，在神經(jīng)調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用，因此一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。在哺乳動(dòng)物中，DA 參與運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知、動(dòng)機(jī)、獎(jiǎng)賞、成癮、學(xué)習(xí)等活動(dòng)，并與人類的帕金森病、精神分裂癥和亨廷頓病等密切相關(guān)［1，34］。研究表明，DA 可通過調(diào)控鳴唱相關(guān)核團(tuán)及聽覺區(qū)域，促進(jìn)鳴禽幼年期鳴曲學(xué)習(xí)以及成年期鳴曲保持［1］。近年發(fā)現(xiàn)，DA可通過作用于X區(qū)參于調(diào)控鳴禽幼年期鳴曲學(xué)習(xí)，以及成年鳴禽的鳴唱維持和求偶性鳴唱行為［30，35-36］。對(duì)X 區(qū)的上游核團(tuán)HVC研究發(fā)現(xiàn)，中腦投射至HVC 的DA 能神經(jīng)纖維有助于教習(xí)曲的習(xí)得和正常鳴唱行為的形成［37］。同時(shí)，DA還作用于聽覺皮層調(diào)控鳴禽聽覺區(qū)域可塑性［38-39］。本課題組近年對(duì)鳴唱前運(yùn)動(dòng)核團(tuán)弓狀皮質(zhì)櫟核（robust nucleus of the arcopallium，RA）的研究發(fā)現(xiàn)，DA 可經(jīng)D1 樣DA 受體（D1-like dopamine receptor，D1R）提高成年鳴禽RA投射神經(jīng)元的興奮性［40］，同時(shí)DA 通過突觸前機(jī)制經(jīng)D1R 降低RA 投射神經(jīng)元接受的興奮性突觸傳遞［41］。由于RA投射神經(jīng)元活動(dòng)變化決定了鳴曲特征的變化［42］，基于該結(jié)果有理由推測，生理?xiàng)l件下，DA 可通過改變RA 投射神經(jīng)元興奮性影響其活動(dòng)，進(jìn)而調(diào)控鳴唱行為。

另一種兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）在調(diào)控鳴禽鳴唱習(xí)得的過程中也發(fā)揮重要作用。研究表明，幼年期減少NE合成可抑制鳴禽鳴曲學(xué)習(xí)［43］，其中可能的原因是NE通過調(diào)控聽覺皮層，提升幼鳥習(xí)得鳴曲與教習(xí)曲的相似性［44］。在成年期，NE可增強(qiáng)復(fù)雜聽覺刺激的信號(hào)檢測［45］和聽覺前腦的編碼功能［46］，提升鳴曲穩(wěn)定性。

鳴唱運(yùn)動(dòng)核團(tuán)HVC 和RA 還接受中樞膽堿能系統(tǒng)的投射和調(diào)控［47］。研究證實(shí)，非選擇性乙酰膽堿受體激動(dòng)劑卡巴可（carbachol）滲透到HVC中，可以提高鳴曲的音調(diào)、振幅、節(jié)奏和穩(wěn)定性，并增加HVC神經(jīng)元的活動(dòng)［48］。本課題組近年研究了膽堿能信號(hào)對(duì)成年鳴禽RA投射神經(jīng)元興奮性和內(nèi)在膜特性的影響。結(jié)果表明，膽堿能信號(hào)可通過引起膜電位超極化，增大后超極化電位和膜電導(dǎo)，降低RA投射神經(jīng)元興奮性，減少其活動(dòng)。進(jìn)一步研究證實(shí)，膽堿能信號(hào)主要通過毒蕈堿型乙酰膽堿受體影響RA 投射神經(jīng)元的興奮性和內(nèi)在膜特性，而尼古丁型乙酰膽堿受體不參與該作用［49-50］。膽堿能信號(hào)調(diào)控鳴禽鳴唱行為的機(jī)制仍有待揭示。

除神經(jīng)遞質(zhì)外，鳴禽腦內(nèi)的性激素在調(diào)節(jié)鳴唱穩(wěn)定性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。其中雄激素已被證實(shí)可以通過調(diào)控細(xì)胞增殖［51］、神經(jīng)元電生理特性［52］及突觸傳遞［53］來影響鳴唱控制核團(tuán)，進(jìn)而導(dǎo)致鳴唱行為改變［54-55］。而鳴禽腦內(nèi)的雌激素主要是雌二醇，由腦內(nèi)睪酮通過芳香化酶的作用轉(zhuǎn)化而來。現(xiàn)有研究表明，雌激素對(duì)鳴禽聽覺編碼［56］、腦損傷修復(fù)［57］、空間記憶［58］及鳴唱行為等方面［59］具有重要影響［60］。

研究提示，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brainderived neurotrophic factor，BDNF）在鳴禽鳴唱運(yùn)動(dòng)通路HVC-RA對(duì)鳴唱行為的調(diào)控中起重要作用。Dittrich等［61］研究發(fā)現(xiàn)，短暫提升斑胸草雀雄性幼鳥HVC 中BDNF 表達(dá)，可顯著提高感覺運(yùn)動(dòng)期鳴曲與教習(xí)曲的匹配度，促進(jìn)鳴曲習(xí)得。而Kittelberger 等［62］研究發(fā)現(xiàn)，在鳴曲結(jié)構(gòu)已固化的成年雄性斑胸草雀RA 內(nèi)注入BDNF，可使已高度穩(wěn)定的鳴曲序列發(fā)生可逆性改變，并伴隨HVC-RA突觸數(shù)量顯著增加。近期，Miller等［63］研究表明，在成年雄性季節(jié)性繁殖鳴禽白冠雀RA 附近注射BDNF，可使RA 神經(jīng)元自發(fā)動(dòng)作電位發(fā)放頻率增加，并提示BDNF 該作用經(jīng)HVC-RA 跨突觸起效。而最近本課題組在成年雄性斑胸草雀離體腦片上發(fā)現(xiàn)，BDNF 可提升RA 投射神經(jīng)元的興奮性，與此同時(shí)，BDNF 還可增強(qiáng)RA 投射神經(jīng)元接受的興奮性突觸傳遞（未發(fā)表數(shù)據(jù)）。

叉頭框P（fork head box P transcription factor，F(xiàn)oxP）基因是與人類語言及言語障礙相關(guān)的基因，亦稱語言基因。在鳴禽腦中，F(xiàn)oxP蛋白大量表達(dá)。研究證實(shí)，F(xiàn)oxP 蛋白對(duì)幼年鳴禽神經(jīng)環(huán)路發(fā)育和鳴唱學(xué)習(xí)，以及成年鳴禽的鳴曲穩(wěn)定都有重要作用［64］。幼年鳴禽X 區(qū)缺失FoxP1、FoxP2或FoxP4基因，將導(dǎo)致鳴唱學(xué)習(xí)能力受損，最終鳴曲不能發(fā)育完善［65-66］。最新研究發(fā)現(xiàn)，若敲除HVC 的FoxP1基因，可阻止幼鳥鳴曲的習(xí)得［64］，提示FoxP蛋白在鳴唱學(xué)習(xí)過程中起關(guān)鍵作用。

2.3 聽覺反饋與鳴禽鳴唱行為

鳴禽需要通過聽覺反饋來學(xué)習(xí)和維持鳴唱［67］。鳴禽腦中的聽覺系統(tǒng)主要包括與哺乳動(dòng)物聽皮質(zhì)同源的L 區(qū)（field L complex）、巢狀皮質(zhì)尾內(nèi)側(cè)區(qū)（caudomedial nidopallium，NCM）和舊皮質(zhì)尾部（caudal mesopallium，CM）等結(jié)構(gòu)［67］。鳴唱系統(tǒng)和聽覺系統(tǒng)之間的聯(lián)系相對(duì)有限，大多數(shù)聽覺核團(tuán)投射至HVC周圍的HVC殼（HVC shelf）和RA周圍的杯區(qū)（RA cup），只有界面核（nucleus interfacialis nidopallii，NIf）能把來自丘腦葡萄形核（uvaeformis，Uva）的聽覺和感覺信息直接上傳至HVC［68］。在鳴禽聽覺系統(tǒng)中研究比較多的是NCM 區(qū)域，其與雄性鳴唱學(xué)習(xí)有關(guān)［69］。研究提示，早期的聽覺經(jīng)驗(yàn)可形成NCM 神經(jīng)元回路，通過招募γ-氨基丁酸抑制回路來形成對(duì)教習(xí)曲的記憶［70］。而在雌鳥中，NCM主要作用是對(duì)雄鳥鳴曲的識(shí)別［71］，短暫致NCM失活可導(dǎo)致雌鳥對(duì)雄鳥鳴曲偏好的特異性降低［71］。

致聾可破壞聽覺反饋，導(dǎo)致鳴曲快速退化。研究表明，致聾后HVCX神經(jīng)元樹突棘體積下降［67，72］，并導(dǎo)致HVCX神經(jīng)元的興奮性和抑制性突觸傳遞下降［72-73］。孫穎郁等［6，74］近年研究發(fā)現(xiàn)，致聾可導(dǎo)致斑胸草雀鳴唱控制核團(tuán)X區(qū)和RA內(nèi)樹突棘數(shù)目增多，提示X區(qū)和RA的神經(jīng)可塑性與致聾引起鳴唱行為的改變相關(guān)。

2.4 光遺傳技術(shù)和基因組學(xué)在鳴禽鳴唱行為研究中的應(yīng)用

Mooney 實(shí)驗(yàn)室［24］首次將光遺傳技術(shù)應(yīng)用在鳴禽鳴唱行為研究中，發(fā)現(xiàn)通過光遺傳抑制幼年期HVC 的神經(jīng)活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致幼鳥鳴唱學(xué)習(xí)能力下降。更有趣的是，Roberts團(tuán)隊(duì)［75］利用光遺傳技術(shù)通過控制斑胸草雀與聽覺經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)有關(guān)的兩個(gè)區(qū)域，成功對(duì)其大腦植入了一段記憶編碼，讓受試斑胸草雀產(chǎn)生了一段之前沒有學(xué)習(xí)過的鳴曲。另外，Ausra等［76］最近開發(fā)了一種無線無電池的輕攜光遺傳平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)記錄自由活動(dòng)狀態(tài)下的鳴禽鳴唱行為，為鳴禽鳴唱行為學(xué)研究提供了更有利的工具。

近幾十年來，基因組學(xué)取得了長足的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)各個(gè)領(lǐng)域。近年，Mello團(tuán)隊(duì)［77］應(yīng)用微陣列及原位雜交技術(shù)對(duì)斑胸草雀鳴唱控制系統(tǒng)中的380個(gè)基因進(jìn)行了測序，為解析鳴唱控制通路功能特性的可能分子決定因素提供了新的見解。同時(shí)進(jìn)一步利用比較基因組學(xué)技術(shù)檢測了鳴唱控制系統(tǒng)內(nèi)鈉、鉀、鈣和氯離子通道及其調(diào)節(jié)亞基，發(fā)現(xiàn)這些基因家族在鳥類和哺乳動(dòng)物譜系之間高度保守，為深入探索離子通道如何促進(jìn)鳴唱控制系統(tǒng)的神經(jīng)元興奮性等特性奠定了基礎(chǔ)［78-79］。近年發(fā)展起來的單細(xì)胞基因組學(xué)是理解神經(jīng)元多樣性的最有力工具之一。Colquitt 等［25］利用單細(xì)胞RNA 測序技術(shù)首次發(fā)現(xiàn)，鳴禽鳴唱前運(yùn)動(dòng)核團(tuán)HVC和RA與功能上具有相似性的哺乳動(dòng)物新皮層進(jìn)化起源并非一致。而Ivana 等［80］首次利用鳴禽原始生殖細(xì)胞，通過慢病毒載體轉(zhuǎn)導(dǎo)成功獲得轉(zhuǎn)基因斑胸草雀。這些研究進(jìn)展將為后續(xù)深入研究鳴禽的功能基因組學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 鳴禽模型對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病及人類語言障礙治療的啟示

成年鳴禽鳴唱控制核團(tuán)HVC 和X 區(qū)中加入的新生神經(jīng)元可與原有鳴唱控制通路整合并行使功能，促進(jìn)新的鳴曲記憶形成［81-82］。研究表明，鳴唱控制核團(tuán)損傷導(dǎo)致鳴曲受損后，HVC 新生神經(jīng)元可加速鳴曲恢復(fù)［83］。且新生神經(jīng)元可以重建成年鳴禽端腦退化后的功能性神經(jīng)回路，并顯示非損傷誘導(dǎo)的退化和神經(jīng)回路的重建對(duì)產(chǎn)生鳴唱習(xí)得行為至關(guān)重要［84］。這些重要發(fā)現(xiàn)預(yù)示著成年神經(jīng)發(fā)生對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷及神經(jīng)退行性疾病的潛在治療前景。

可導(dǎo)致語言障礙的疾病主要有自閉癥、亨廷頓病、中風(fēng)失語癥、運(yùn)動(dòng)性失語癥、感覺性失語癥等。由于研究人腦的局限性及醫(yī)學(xué)倫理的限制，無法深入探索各類語言障礙的發(fā)生機(jī)制，難以對(duì)癥治療。研究表明，鳴禽高級(jí)發(fā)聲中樞HVC 與人類運(yùn)動(dòng)性語言中樞布洛卡區(qū)（Broca’s area）同源，鳴唱前運(yùn)動(dòng)核團(tuán)RA與人類運(yùn)動(dòng)皮層第五層同源，基底神經(jīng)節(jié)X 區(qū)與人類紋狀體同源，聽覺系統(tǒng)中的NCM區(qū)則與人類聽覺皮層同源［85］。同時(shí)鑒于鳴禽鳴唱行為與人類語言功能的高度相似性，鳴禽可為探索人類語言障礙的發(fā)生機(jī)制及治療手段提供有價(jià)值的研究模型。以自閉癥為例，其主要表現(xiàn)為社會(huì)交往障礙、語言交流障礙、重復(fù)刻板的行為等。有研究顯示，鳴禽鳴唱控制系統(tǒng)高度表達(dá)與自閉癥相關(guān)的接觸蛋白相關(guān)蛋白2 （contactin associated protein like protein 2，Cntnap2）［86］、哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin，mTOR）［87］、活動(dòng)依賴神經(jīng)保護(hù)蛋白（activitydependent neuroprotective protein，ADNP）［88-89］及FoxP蛋白［64］等。這些蛋白質(zhì)失活將導(dǎo)致鳴禽幼年期鳴曲學(xué)習(xí)障礙及成年期發(fā)聲障礙，與人類自閉癥語言障礙高度相似。除自閉癥外，Liu等［90-91］開創(chuàng)性利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將亨廷頓病的致病基因轉(zhuǎn)入斑胸草雀胚胎中，孵化后可產(chǎn)生嚴(yán)重的鳴曲學(xué)習(xí)及發(fā)聲障礙，包括發(fā)聲模仿不良、口吃、漸進(jìn)的鳴曲句法和音節(jié)退化［91］。而Mooney 團(tuán)隊(duì)［92］直接將亨廷頓病的致病基因轉(zhuǎn)入斑胸草雀X區(qū)，可使其鳴唱音節(jié)序列不穩(wěn)定。上述鳴唱行為變化與人類亨廷頓病語言障礙具有一定程度的相似性。這些有益的探索將為揭示人類語言障礙的發(fā)生機(jī)制并找到對(duì)癥的治療手段帶來借鑒。

4 展望

作為與人類語言功能相似的發(fā)聲學(xué)習(xí)研究理想動(dòng)物模型，鳴禽鳴唱行為學(xué)從提出到與神經(jīng)生物學(xué)跨學(xué)科深入研究已有數(shù)十年?，F(xiàn)在對(duì)鳴禽鳴唱控制系統(tǒng)的解剖結(jié)構(gòu)及其對(duì)鳴唱行為的調(diào)控作用有了較為全面的了解［93］（圖1）。光遺傳學(xué)、單細(xì)胞測序、CRISPR/Cas9 基因編輯［94］等前沿技術(shù)已將鳴禽鳴唱行為研究領(lǐng)域推向更深層次水平。另外，神經(jīng)遞質(zhì)等對(duì)鳴禽鳴唱控制核團(tuán)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)調(diào)控及對(duì)鳴唱行為的影響仍有待深入研究。同時(shí)新型熒光探針的運(yùn)用將有助于進(jìn)一步揭示鳴禽鳴唱過程中神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)控作用。鳴禽鳴唱行為的神經(jīng)生物學(xué)研究定將為人類語言障礙相關(guān)疾病發(fā)生機(jī)制和治療手段的探索帶來重要啟示和理論支持。

Fig.1 The song control system of songbirds圖1 鳴禽鳴唱控制系統(tǒng)

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