Einmischung durch Autismus bringt die Erinnerung an die Songs in Birds Spectrum zum Schweigen

Niedrige Lautstärke: Das Deaktivieren der Expression des Gens FOXP1 behindert das Lernen von Liedern bei jungen Zebrafinken und die Sprachentwicklung bei einigen autistischen Kindern.

Natian / Adobe Stock

Die stumme Expression eines autismusgebundenen Gens im Gehirn junger Zebrafinken spiegelt dies wider nicht in der Lage, Lieder zu lernen von älteren Vögeln nach einer neuen Studie. Aber es ändert nichts an ihrer Fähigkeit, bereits auswendig gelernte Melodien zu üben und zu verbessern.

Das Gen, FOXP1, gehört zu einer Familie von Genen, die die Expression anderer Gene regulieren und das Nervensystem und die Sprachentwicklung beeinflussen. Menschen, denen eine Kopie von FOXP1 fehlt, haben Sprachbehinderungen und geistige Behinderungen. diejenigen mit Mutationen im Gen. hat Autismus-Eigenschaften.

‘Unser allgemeines Ziel war es zu verstehen, ob wir Singvögel als Modellsystem verwenden können, um zu verstehen, wie Gene assoziiert sind [autism] kann die Übertragung von Verhalten von einer Generation zur nächsten beeinflussen “, sagt Studienleiter Todd Roberts, Associate Professor für Neurowissenschaften am Southwestern Medical Center der Universität von Texas in Dallas.

Singvögel wie Zebrafinken lernen durch Nachahmen zu singen erwachsene VögelSo wie kleine Kinder Sprache und soziale Fähigkeiten lernen, indem sie ihre Betreuer nachahmen – ein Prozess, der durch Autismus gestört wird.

Dieses Lernen beinhaltet die Bildung einer Erinnerung – eines Liedmotivs, eines Wortes oder eines sozialen Verhaltens wie Winken – und dann Übe das auswendig gelernte Riff oder Aktion, um es zu perfektionieren. Die neue Studie legt nahe, dass FOXP1 im ersten Schritt des Prozesses eine Rolle spielt.

“Es zeigt, dass wir beginnen können, diese verschiedenen Aspekte des Lernens zu stören”, sagt Roberts.

Andere Untersuchungen haben ergeben, dass die Ablehnung der Aktivität eines anderen autismusbezogenen Gens, CNTNAP2In liedbezogenen Hirnregionen wird auch die Fähigkeit von Zebrafinken beeinträchtigt, Lieder zu lernen. FOXP2, ein Gen, das eng mit FOXP1 verwandt ist, ist auch am Singen beteiligt in den Vögeln.

Über die Rolle von FOXP1 beim Gesangslernen ist jedoch relativ wenig bekannt Jon Sakata, außerordentlicher Professor für Biologie an der McGill University in Montreal, Kanada, der nicht an der Arbeit beteiligt war. “Ich denke, das experimentelle Design und die Ergebnisse sind in Bezug auf das Lernen ziemlich überzeugend.”

Timing-Tipps:

Roberts und sein Team entwarfen ein Molekül, das die Expression von FOXP1 teilweise blockiert und es im Alter von etwa 35 Tagen in das Gehirn männlicher Zebrafinken injiziert – ein Alter, in dem Vögel normalerweise Lieder auswendig lernen.

Die Forscher zielten auf die Injektionen in einem Bereich namens HVC ab, der in etwa bestimmten sprachbezogenen Regionen der menschlichen Hirnrinde entspricht und eine Schlüsselrolle beim Lernen und Produzieren von Liedern in Singvögeln spielt.

Zellen in der gesamten HVC exprimieren FOXP1, insbesondere Neuronen, die mit einer anderen Gehirnregion namens Region X verbunden sind. Vögel, die mit dem FOXP1-Blockierungsmolekül behandelt wurden, haben etwa die Hälfte der normalen Menge an FOXP1-Proteinen in diesen Neuronen.

Roberts und seine Kollegen erwarteten, dass dieser Mangel an FOXP1-Protein die Praxis und perfekte Phase des Gesangslernens behindern würde, basierend auf früheren Forschungen. Aber Vögel, die Erwachsene vor der Störung von FOXP1 singen gehört hatten, wuchsen mit typischen Zebrafinken auf, stellte das Team fest.

“Es war wirklich erstaunlich für uns”, sagt Roberts.

Die Forscher wandten sich daher Zebrafinken zu, die isoliert aufgezogen wurden, ohne die Gelegenheit zu haben, sich ein erwachsenes Vogellied zu merken. Sie injizierten diesen Vögeln den FOXP1-Blocker und steckten sie dann mit einem erwachsenen “Tutor” in einen Käfig.

Wiederhole mir: Junge Zebrafinken lernen in zwei Teilen Lieder von erwachsenen Tutoren, indem sie Lieder auswendig lernen und dann üben.

“Es war wie ein letzter Versuch des Projekts”, sagt Roberts. “Und dann haben wir diesen großartigen Effekt gesehen.”

Die Vögel, die den FOXP1-Ausdruck stummschalteten, bevor sie das Lied eines Lehrers hörten, wuchsen auf und sangen variable und unorganisierte Lieder – ähnlich wie die von erwachsenen Vögeln, die in ihrer Jugend noch nie ein erwachsenes Vogellied gehört hatten.

Die Ergebnisse legen nahe, dass FOXP1 “einen sehr spezifischen Effekt hat, nur auf die Fähigkeit, Erinnerungen an das soziale Modell zu codieren, das Sie emulieren möchten”, sagt Roberts. Die Studie erscheint am 3. Februar in Wissenschaftlicher Fortschritt.

Die neue Studie befasst sich nicht mit der Rolle von FOXP2 beim Auswendiglernen des Songs, sagt Gudrun Rappold, ein Genetiker an der Universität Heidelberg in Deutschland, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Die von FOXP1 und FOXP2 codierten Proteine ​​bilden miteinander Komplexe und beide interagieren mit CNTNAP2. Zukünftige Forschungen sollten darauf abzielen, FOXP2 den Weg für die Interaktion mit FOXP1 in der HVC zu ebnen, wenn Vögel Erinnerungen an ein Lied eines Tutors bilden, sagen Rappold und Sakata.

Sprengung:

Roberts und sein Team untersuchten auch, wie die gedämpfte FOXP1-Expression die Gehirnaktivität beeinflusst, wenn Vögel das Lied eines Lehrers hören.

Das Fehlen von FOXP1-Proteinen führte dazu, dass Neuronen, die HVC und Region X verbinden, weniger angeregt wurden als normal, während diese Neuronen normalerweise stärker erregt werden, wenn ein Vogel zum ersten Mal dem Lied eines Lehrers ausgesetzt wird. Es störte auch die Organisation neuronaler Aktivitäten in “Bursts” – etwas, das normalerweise auftritt, wenn die Vögel das Lied eines Lehrers zum ersten Mal hören.

Die Exposition gegenüber erwachsenen Vogelgesängen erhöht normalerweise auch die Häufigkeit von AMPA-Rezeptoren im Vergleich zu NMDA-Rezeptoren auf HVC-Neuronen. Diese Verschiebung trat jedoch nicht bei Vögeln auf, die dem FOXP1-Blocker ausgesetzt waren, bevor sie das Lied von einem Tutor hörten.

Schließlich verlangsamte die Knappheit von FOXP1 den Umsatz dendritischer Stacheln, die Vorsprünge beim Empfang von Nachrichten zwischen Neuronen, ein Prozess, der bekanntermaßen Vögeln hilft, die Lieder von Tutoren zu lernen.

“Dies sind alles sehr klassische, starke Korrelate von Lernen und Gedächtnisbildung”, und alle werden durch den Verlust von FOXP1 gestört, sagt Roberts.

Die Verdunstung von FOXP1 in der HVC betrifft nicht nur Neuronen, die mit Region X verbunden sind, sagt Sakata. Daher können andere HVC-Neuronen für die Codierung von Song-Speichern wichtig sein, genau wie FOXP1 in anderen Gehirnschaltungen. Zum Beispiel stören FOXP1 im Bereich X. anderen Forschungen zufolge behindert es auch das Erlernen des Singens bei Zebrafinken.

Roberts plant, ähnliche Experimente in anderen Gehirnregionen durchzuführen, die am Lernen von Liedern und am Produzieren von Liedern beteiligt sind.

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