Circuito neurale per l'autenticazione sociale nell'apprendimento dei brani

Nature Communications volume 13, numero articolo: 4442 (2022) Citare questo articolo

3895 accessi

4 citazioni

124 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Le interazioni sociali sono essenziali quando si impara a comunicare. Nel linguaggio umano e nel canto degli uccelli, i bambini devono acquisire modelli di vocalizzazione accurati e imparare ad associarli a tutor viventi e non a fonti mimetiche. Tuttavia, il meccanismo neurale della realtà sociale durante l’apprendimento vocale rimane sconosciuto. Qui, caratterizziamo un circuito neurale per l'autenticazione sociale a supporto dell'apprendimento accurato del canto nel diamante mandarino. Abbiamo registrato l'attività neurale nel centro di controllo dello stato di attenzione/eccitazione, il locus coeruleus (LC), di uccelli giovani durante l'apprendimento del canto da parte di un tutor adulto vivo. L'attività LC è aumentata con informazioni sociali reali, non artificiali, durante l'apprendimento che hanno migliorato la precisione e la robustezza della canzone appresa. Durante l'apprendimento del canto sociale dal vivo, l'attività LC regola la reattività neurale selettiva del canto a lungo termine in una regione della memoria uditiva, il nidopallium caudomediale (NCM). Di conseguenza, l'inibizione optogenetica della segnalazione presinaptica LC nell'NCM ha ridotto la reattività neuronale dell'NCM al canto del tutor dal vivo e ha compromesso l'apprendimento delle canzoni. Questi risultati dimostrano che il circuito neurale LC-NCM integra prove sensoriali di interazioni sociali reali, distinte dalle caratteristiche acustiche del canto, per autenticare l’apprendimento del canto. I risultati suggeriscono un meccanismo generale per convalidare le informazioni sociali nello sviluppo del cervello.

Nelle specie di vertebrati con comunicazione vocale, l'apprendimento uditivo precoce è più efficace quando l'addestramento acustico è accompagnato da autentiche interazioni sociali con un tutor adulto vivo. L'esposizione vocale con interazioni sociali reali nei neonati umani innesca lo sviluppo della rilevazione dei fonemi1, mentre l'esposizione uditiva passiva è insufficiente per il successo dello sviluppo del linguaggio2. Allo stesso modo, gli uccelli canori giovani imparano a cantare in modo efficace attraverso la comunicazione vocale con tutor dal vivo, ma sviluppano una scarsa qualità del canto dopo l'esposizione passiva alla riproduzione registrata delle canzoni dei tutor3,4,5. Nei fringuelli mandarino giovani, l'apprendimento del canto migliora quando attivano la riproduzione del brano6, suggerendo che lo stato interno, come l'attenzione o la motivazione, migliora l'apprendimento. Prove recenti suggeriscono un ruolo della neuromodulazione nell’apprendimento del canto. Il grigio periacqueduttale del mesencefalo (PAG) facilita la copia vocale per la trasmissione culturale tramite la segnalazione della dopamina5. Un altro importante centro di comando della neuromodulazione per la segnalazione noradrenergica (NE), il locus coeruleus (LC), è noto per modulare l'attenzione e l'eccitazione, trasmettendo informazioni sullo stato interno attraverso il cervello. L'attività neuronale LC modula processi comportamentali come la memoria a lungo termine, la percezione sensoriale e la motivazione per facilitare l'apprendimento e la memoria7,8,9,10,11. L'esposizione di uccelli giovani a un tutor canoro vivo aumenta l'espressione dei geni precoci immediati nei neuroni LC rispetto ai giovani di controllo esposti passivamente agli stessi canti attraverso un altoparlante4. I neuroni LC si proiettano anatomicamente alla corteccia uditiva superiore degli uccelli, il nidopallium caudomediale (NCM)12, un luogo cerebrale proposto per la formazione della memoria del canto del tutor13,14. Recentemente abbiamo riportato che un sottoinsieme di neuroni NCM rispondono selettivamente al canto del tutor e che le risposte uditive di quei neuroni aumentano in presenza di un tutor13,15. Tuttavia, non è noto se l'attività neurale dell'NCM possa integrare le informazioni sociali provenienti da un tutor, oltre alle caratteristiche acustiche del canto del tutor, tramite la LC. In questo studio, abbiamo registrato e manipolato l'attività neuronale nel circuito neurale LC-NCM di diamanti mandarini giovani che imparavano a cantare da un tutor che interagiva socialmente. Abbiamo osservato una maggiore attività neurale nel circuito neuronale LC-NCM durante la comunicazione vocale con un tutor adulto dal vivo. I giovani, in cui il circuito neurale LC-NCM è stato inibito optogeneticamente durante l'esposizione a un tutor di canto dal vivo, non hanno imparato la canzone del tutor, suggerendo che questo meccanismo neuromodulatore integra e autentica le informazioni sociali contemporaneamente all'elaborazione di modelli prosodici per un accurato apprendimento del canto.