کاشت خاطرات ساختگی در مغز پرندگان موجب تغییر لحن آوازشان شد

خاطراتی در مغز فنچ‌های راه‌راه جوان کاشته شد که موجب تغییر در طول نُت‌هایی شد که آن‌ها می‌خواندند. این فرایند شامل دست‌کاری منطقه‌ای در مغز بود که پرندگان برای یادگیری نغمه‌های خود از آن استفاده می‌کنند. نغمه‌های فنچ راه‌راه متشکل از مجموعه‌ای از نت‌های کوتاه است. فنچ‌های راه‌راه نخست صداهای پدر را به‌خاطر می‌سپرند و سپس به‌تدریج آن‌ها را تقلید می‌کنند و می‌خوانند. تاد رابرتز و همکارانش از مرکز پزشکی دانشگاه تگزاس برای درک این موضوع در حال تلاش هستند که چگونه خاطرات در مغز رمزگذاری می‌شوند؛ به‌ویژه خاطراتی که توسعه‌ی گفتار و مهارت‌های اجتماعی را هدایت می‌کنند.

نتایج مطالعات گذشته نشان می‌داد منطقه‌ای از مغز پرندگان به‌نام HVC برای یادگیری صداها بسیار مهم است و ایجاد اختلال در فعالیت آن توانایی یادگیری آواز را تضعیف می‌کند. این ناحیه از مغز ورودی‌های منطقه‌ی دیگری از مغز به‌نام NIf را دریافت می‌کند و نورون‌های موجود در این ساختار در آغاز و انتهای هجاها برانگیخته می‌شوند. این موضوع نشان می‌دهد نورون‌های مذکور در رمزگذاری طول هجاها مؤثرند. پژوهشگران برای دست‌کاری فعالیت عصبی در محل اتصالات یا سیناپس‌های بین نورون‌های NIf و HVC از تکنیکی به‌نام اپتوژنتیک استفاده کردند. این کار شامل دو مرحله است: ۱. واردکردن ژن‌هایی به نورون‌ها که موجب می‌شود بتوان آن‌ها را به‌وسیله‌ی نور کنترل کرد؛ ۲. استفاده از کابل‌های فیبر نوری کوچکی برای تاباندن نور به بخش انتخاب‌شده از مغز.

تاد رابرتز با فنچ راه‌راه. آزمایشگاه وی درزمینه‌ی مستندسازی نحوه‌ی عملکرد مغز در هنگام یادگیری آواز فعالیت می‌کند.

گروه رابرتز آزمایش‌هایی روی فنچ‌های راه‌راه جوانی انجام دادند که هرگز آواز خواندن بالغان خود را نشنیده بودند؛ اما در حال آغاز گسترش نغمه‌های خود بودند. پژوهشگران ۳۰ روز بعد، تفاوت‌های موجود بین تُن نهایی آواز را بررسی کردند. وقتی پژوهشگران از پالس‌های کوتاه نور استفاده می‌کردند، پرندگان صداهایی با هجاهای کوتاه ایجاد می‌کردند. در حالت اعمال پالس‌های طولانی نور، پرندگان صداهایی با هجاهای بلند تولید می‌کردند. رابرتز می‌گوید:

ما مسیری را در مغز شناسایی کردیم که اگر آن را فعال کنیم، بدون اینکه پرنده صدای پرنده‌ی دیگری را شنیده باشد، می‌تواند خاطرات دروغینی را برای طول هجاها در مغز او ایجاد کند.

طول هجاها، تنها یک جنبه از آوایی است که فنچ‌ها باید آن را یاد بگیرند. احتمالا ویژگی‌های دیگری مانند ارتفاع صوت و ترکیب هجاها به‌صورت یک توالی رمزگذاری دشوارتری دارد؛ اما رابرتز امیدوار است گروه او درنهایت بتواند این ویژگی‌ها را نیز در مغز پرنده بکارد. ده‌ها ژن مرتبط با یادگیری صدا شناخته شده‌اند که نشان می‌دهند گفتار انسان نیز از الگوهای مشابه فعالیت پرندگان آوازخوان پیروی می‌کند. رابرتز می‌گوید با توجه به این شباهت‌ها، مکانیسم‌های یادگیری آواز در مغز پرندگان می‌تواند همچون مدلی برای درک نحوه‌ی یادگیری حیوانات از تجربیات اجتماعی باشد. او می‌گوید:

ما می‌توانیم از این اطلاعات برای نشان‌دادن مدارهای مغزی استفاده کنیم که ممکن است در اختلالات عصبی تکاملی مانند اوتیسم درگیر باشند.

نتایج مطالعه‌ای دیگر نشان داده است که می‌توانیم خاطرات را در مغز موش‌ها بکاریم؛ به‌طوری‌که باعث شویم انتظار داشته باشند پاداشی در محلی خاص بیابند. راه رسیدن به مرحله‌ی کاربرد چنین تکنیک‌هایی در انسان بسیار طولانی است؛ اما برخی پژوهشگران امیدوار هستند روزی بتوانند خاطرات مرتبط با آسیب‌های روانی را تغییر دهند.

ناگفته نماند نتایج این پژوهش در مجله‌ی Science منتشر شده است.