动物是通过模仿行为来学习的，比如当动物宝宝模仿其母亲的说话声音，或者年轻的雄性斑胸草雀（zebra finch）模仿年长的雄性导师（通常是其父亲）的求偶之声。在一项新的研究中，来自美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员确定了草雀用来学习鸣叫音节长度的神经回路，随后利用光遗传学操纵这种神经回路，构建出一种错误的记忆供幼鸟用来发出它们成年时的求偶之声。相关研究结果发表在2019年10月4日的Science期刊上，论文标题为“Inception of memories that guide vocal learning in the songbird”。

图片来自UTSW

美国约克学院生物学家Dina Lipkind（未参与这项新的研究）说，“为了从观察中学习，你必须创造出某人做对了某件事的记忆，然后利用这些感觉信息来引导你的运动系统来学习如何执行该行为。我们真的不知道这些记忆是在哪里和如何形成的。”这些作者们“解决了这个过程的第一步，即你如何形成随后将指导你执行该行为的记忆。”

论文通讯作者、德克萨斯大学西南医学中心神经科学家Todd Roberts说，“我们最初的目标其实要温和得多。”最初，Roberts实验室的研究生Wenchan Zhao着手测试在年幼草雀与雄性导师（即下文中的年长鸟类）互动时，破坏这种神经活动是否能够阻断这种鸟类形成交互记忆的能力。她利用光线操纵经过基因改造后对一个大脑回路中的光线照射敏感的细胞，其中已知这个大脑回路参与幼鸟歌声学习。

当这些年幼草雀与它们的年长鸟类一起度过时光时，Zhao通过往这些鸟类的大脑中照射光线来激活这些经过基因改造的细胞，与此同时，作为对照的年幼草雀独自一人生活着。随后，她注意到这些所谓的对照鸟类发出的歌声与众不同----不仅不同于从未见过年长鸟类的年幼鸟类发出的歌声，而且也不同于与年长鸟类互动的那些年幼鸟类发出的歌声。

Roberts说，一旦Zhao和她的同事们听到了不寻常的歌曲，他们决定“测试这种神经回路中的活动是否足以植入记忆”。

这些研究人员用50或300毫秒的光遗传脉冲连续五天刺激年幼鸟类的神经回路，在这段时间里，它们通常会与年长鸟类互动，但没有成年雄鸟在场。当这些年幼鸟类长大后，它们会唱与它们接受光照的时间相一致的成年求偶歌曲。那些接受短脉冲光线照射的年幼鸟类在长大后唱歌的声音持续约50毫秒，而那些接受扩展脉冲光线照射的年幼鸟类在长大后会保持更长的音符。

某些歌曲功能（包括音高以及歌曲中和声音节的嘈杂程度）似乎并未受到光遗传学操作的影响。作为另一个测量指标，熵（entropy）近似于通信中携带的信息量，它在正常接受年长鸟类辅导的年幼鸟类和那些接受50毫秒光遗传脉冲照射的年幼鸟类之间是无法区分的，但是在接受年长鸟类辅导的年幼鸟类唱的歌曲中的熵要大于独自生活的年幼鸟类和那些接受300毫秒光脉冲照射的年幼鸟类唱的歌曲中的熵。

虽然对这种神经回路的操纵影响了草雀歌曲中声音的持续时间，但是其他的唱歌行为要素（包括唱歌出现的时间表，鸟类练习的频率以及它们最终在何种社交场合使用这些歌曲）都类似于那些从成年鸟类学习的年幼鸟类。