Circuito neural para autenticação social na aprendizagem de canções

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 4442 (2022) Citar este artigo

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As interações sociais são essenciais quando se aprende a se comunicar. Na fala humana e no canto dos pássaros, os bebês devem adquirir padrões precisos de vocalização e aprender a associá-los a tutores vivos e não a fontes miméticas. No entanto, o mecanismo neural da realidade social durante a aprendizagem vocal permanece desconhecido. Aqui, caracterizamos um circuito neural para autenticação social em apoio ao aprendizado preciso da música no tentilhão-zebra. Registramos a atividade neural no centro de controle do estado de atenção/excitação, o locus coeruleus (LC), de pássaros juvenis durante o aprendizado do canto de um tutor adulto vivo. A atividade de LC aumentou com informações sociais reais, não artificiais, durante o aprendizado, que aumentaram a precisão e a robustez da música aprendida. Durante o aprendizado de música social ao vivo, a atividade de LC regulou a capacidade de resposta neural seletiva de música a longo prazo em uma região de memória auditiva, o nidopálio caudomedial (NCM). De acordo, a inibição optogenética da sinalização pré-sináptica LC no NCM reduziu a capacidade de resposta neuronal do NCM ao canto do tutor ao vivo e prejudicou o aprendizado da música. Esses resultados demonstram que o circuito neural LC-NCM integra evidências sensoriais de interações sociais reais, distintas das características acústicas da música, para autenticar o aprendizado da música. As descobertas sugerem um mecanismo geral para validar informações sociais no desenvolvimento do cérebro.

Em espécies vertebradas com comunicação vocal, o aprendizado auditivo precoce é mais eficaz quando o treinamento acústico é acompanhado por interações sociais autênticas com um tutor adulto vivo. A exposição vocal com interações sociais reais em bebês humanos desencadeia o desenvolvimento da detecção de fonemas1, enquanto a exposição auditiva passiva é insuficiente para o desenvolvimento bem-sucedido da fala2. Da mesma forma, os pássaros canoros juvenis aprendem a cantar efetivamente por meio da comunicação vocal com tutores ao vivo, mas desenvolvem uma qualidade de canto ruim após a exposição passiva à reprodução gravada das canções do tutor3,4,5. Em tentilhões juvenis, o aprendizado do canto melhora quando eles acionam a reprodução do canto6, sugerindo que o estado interno, como atenção ou motivação, melhora o aprendizado. Evidências recentes sugerem um papel para a neuromodulação no aprendizado de canções. A substância cinzenta periaquedutal (PAG) do mesencéfalo facilita a cópia vocal para transmissão cultural via sinalização de dopamina5. Outro importante centro de comando de neuromodulação para sinalização noradrenérgica (NE), o locus coeruleus (LC), é conhecido por modular a atenção e a excitação, transmitindo informações de estado interno pelo cérebro. A atividade neuronal do CL modula processos comportamentais como memória de longo prazo, percepção sensorial e motivação para facilitar o aprendizado e a memória7,8,9,10,11. A exposição de pássaros juvenis a um tutor vivo e cantor aumenta a expressão de genes precoces imediatos em neurônios LC em comparação com juvenis de controle expostos passivamente às mesmas canções por meio de um alto-falante4. Os neurônios LC projetam-se anatomicamente para o córtex auditivo superior aviário, o nidopálio caudomedial (NCM)12, um locus cerebral proposto para a formação da memória do canto tutor13,14. Recentemente, relatamos que um subconjunto de neurônios NCM responde seletivamente à música do tutor e que as respostas auditivas desses neurônios aumentam na presença de um tutor13,15. No entanto, se a atividade neural do NCM pode integrar informações sociais de um tutor, além dos recursos acústicos da música do tutor, por meio do LC, permanece desconhecido. Neste estudo, registramos e manipulamos a atividade neuronal no circuito neural LC-NCM de tentilhões juvenis aprendendo a cantar com um tutor que interage socialmente. Observamos atividade neural aumentada no circuito neuronal LC-NCM durante a comunicação vocal com um tutor adulto vivo. Os juvenis, nos quais o circuito neural LC-NCM foi optogeneticamente inibido durante a exposição a um tutor de canto ao vivo, não aprenderam a música do tutor, sugerindo que esse mecanismo neuromodulador integra e autentica informações sociais concomitantes ao processamento de padrões prosódicos para o aprendizado preciso da música.