多巴胺的一个打击告诉小鸟什么时候它们的唱歌练习得到了回报

杜克大学神经科学家理查德·穆尼在达勒姆的家庭办公室里，用歌声展示了一系列鸟类大脑的图像。其中一幅看起来像点画家的画，描绘了一只年轻的斑胸草雀无数次试图听起来更像一个成年人，能够求爱。在另一幅图中，波浪线描绘了鸟类大脑奖励回路中化学信号的涨落

研究鸟鸣已有40年的穆尼说：“起初，他们的歌听起来不太好听。”

这是因为有些事情需要大量的练习才能掌握。没有人会第一次走进网球场，打一场与温布尔登相当的比赛，也没有人会拿起钢琴，一夜之间成为大师

同样，在斑胸草雀中，幼鸟在出生时并没有发出标志性的颤音、唧唧声和窥视声。他们需要一段时间才能掌握它。

穆尼说：“幼鸟为掌握声音所付出的努力是巨大的。”。“他们每天需要大约一个月的扎实练习，每天多达10000次。”

即使没有人听，年轻的雀类也会日复一日地坚持练习。他们精通的动机来自内心。现在，新的研究揭示了他们学习歌曲的内在欲望背后的大脑信号；它还对理解人类学习和神经系统疾病具有重要意义

得益于新的工具和技术，包括机器学习的进步和跟踪大脑中微妙而快速的化学波动的能力，穆尼和杜克大学神经生物学教授约翰·皮尔森开始解开驱动学习的分子信号

在《自然》杂志上发表的一项研究中，研究小组将雄性幼年斑胸草雀放入单独的隔音室，在那里它们可以随意练习歌曲

在斑胸草雀中，只有雄性会唱歌；幼鸟在生命早期就通过仔细听爸爸的歌并记住他的歌来学习求偶之歌。然后，就像婴儿学习说话一样，他们开始牙牙学语，吱吱声慢慢变得更像歌曲。通过练习他们的歌曲并听结果，他们逐渐想出如何产生正确的音符和节奏，以匹配他们父亲歌曲的心理模板

斑胸草雀雏鸟从孵化到成为熟练的歌手大约需要三个月的时间

图片来源：Petr Ganaj-延时摄影和自然

对于长期摇滚迷穆尼来说，男性的练习有点像披头士乐队痴迷的录音过程

穆尼说，“披头士乐队可能已经拍了一百次戏”才满意。同样，“这些鸟鸣数据集变得如此之大，如此之快。”

这就是Pearson团队介入的地方。为了处理这些数据，他们开发了一个机器学习模型，可以分析数千首歌曲的演绎，并为每次尝试打分

皮尔森说：“这样我们就可以实时跟踪学习情况。”

“有些尝试有点好，有些则有点差，”他补充道。一般来说，鸟类工作的时间越长，它们的表现就越好

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随着鸟类逐渐掌握自己的曲调，研究小组还测量了鸟类基底神经节中释放的多巴胺水平，基底神经节是大脑中参与学习新运动技能的一部分

多巴胺是大脑的化学信使之一，将有关学习、奖励和动机的重要信号从一个神经元传递到另一个神经元

为了监测多巴胺，研究人员使用了由转基因蛋白质制成的微型传感器，当特定的神经化学物质在大脑中释放时，这些传感器会发光。这项技术使得追踪大脑活动成为可能，而基于测量电信号的常见方法在很大程度上是看不见的

他们的发现让他们大吃一惊。每当一只鸟练习时，它基底神经节中的多巴胺水平就会开始上升。无论他们是唱到了所有的音符还是没唱到。换句话说，任何唱歌的努力都会激活大脑奖励途径中的信号

当一只鸟的表现比它们这个年龄段的典型表现要好时，它们的多巴胺飙升得更多。当它们倒退时，信号稍微减弱

第一作者Jiaxuan Qi说，就年龄而言，他们的表现越好，多巴胺的增加就越多。她在杜克大学神经生物学博士学位期间做了这项工作

众所周知，多巴胺在人类和其他动物如何从外部奖惩中学习方面起着重要作用

例如，一个孩子学习是因为他们想取得好成绩或避免被责骂。或者考虑一只老鼠学习按下杠杆寻找食物

但鸟类不需要胡萝卜或棍子来学习唱歌。因为这些鸟在练习期间是独自一人，在隔音室里唱歌，所以它们没有得到任何外界对它们表现的反馈

穆尼说：“没有人告诉这只鸟他是优等生还是会被拘留。”

相反，研究结果表明，多巴胺就像一个内部“指南针”来引导他们的学习

该团队的研究有助于解释即使没有外部激励，学习仍然是如何发生的。研究人员还发现，多巴胺并不是这种学习所需的唯一化学信号

齐能够证明另一种叫做乙酰胆碱的化学信使可以在鸟类唱歌时触发大脑中多巴胺的释放。它通过与神经元的不同部分结合起作用，在鸟唱民谣时给它额外的多巴胺

齐补充道，当给这些鸟服用阻断基底节多巴胺或乙酰胆碱信号传导的药物时，它们的进展较小

穆尼说：“学习基本上停止了。”。穆尼说：“这只鸟仍然会唱歌，但它似乎无法从中学习。”

皮尔森说：“这些发现在不同物种之间都有所体现。”。“涉及的大脑区域和神经化学物质，即基底神经节、多巴胺和乙酰胆碱，由小鼠、灵长类动物和人类共享。基本上每种动物都有脊椎。”

研究鸟类如何学习唱歌可以帮助研究人员更好地了解人类如何学习其他运动技能，如说话、杂耍或演奏乐器。穆尼说，从这个意义上说，“鸟鸣学习与儿童自发获得这些非凡技能时的行为非常相似。”基底神经节中的多巴胺信号问题也与许多疾病有关，包括帕金森氏症和精神分裂症

皮尔森说：“了解这些地区非常重要，鸟类是了解这些原则的一种手段。”

穆尼说：“在所有尚存的科学前沿中，大脑可能是人们最不了解的，而它是人类的基础。” More information: Jiaxuan Qi et al, Dual neuromodulatory dynamics underlie birdsong learning, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08694-9

Journal information: Nature