哺乳动物声音学习的相似遗传因素

人类、蝙蝠、鲸鱼、海豹和鸣禽的发声方式彼此差异很大。例如，人类和鸟类之间相隔约3亿年的进化。但研究这些动物如何学习“说话”的科学家们一次又一次地发现支持这种声音学习的大脑区域的连接具有惊人的相似性。

在《科学》杂志上发表的一篇论文中，由卡内基梅隆大学和加州大学伯克利分校的科学家领导的多机构团队发现了基因组内部和外部的部分基因组，这些部分已经进化并与声音相关。跨哺乳动物学习。

AndreasPfenning实验室在匹兹堡超级计算中心的Bridges-2系统上采用一种称为组织感知保护推理工具包(TACIT)的机器学习方法，从人类、蝙蝠、鲸鱼和海豹的大脑中识别出50个基因调控元件，这些元件具有更强的与发声的关系。这些调控元件是实际基因之外的DNA序列，指导哪些基因在哪些组织中活跃。

科学家们已经认识到，调节因素在行为进化中发挥着重要作用。但研究它们比研究基因要困难得多。

这项新研究的通讯作者、卡内基梅隆大学雷和斯蒂芬妮莱恩计算生物学系副教授普芬宁(Pfenning)说：“需要新的人工智能方法来帮助寻找数百个基因组调控元件中的进化信号。”生物科学系。“我们正在进入一个激动人心的时代，人工智能正在提高我们追踪人类进化历史的能力。研究基因调控元件需要构建一张地图，其中哪些元件在具有声音学习行为的物种的相关大脑区域中活跃。”

该相关大脑区域是通过另一位通讯作者、加州大学伯克利分校的迈克尔·亚特采夫(MichaelYartsev)实验室进行的实验发现的。他们发现的证据表明，埃及果蝠大脑的特定部分与人脑控制言语产生的部分具有相似的神经连接。

加州大学伯克利分校生物工程和神经科学副教授亚尔采夫说：“实际上，很少有哺乳动物能够学习它们发出的声音，这使得研究人类的这一核心方面变得非常困难。”“我们能够识别蝙蝠和人类在大脑结构元素、遗传内容，甚至控制声音学习的神经回路方面的相似之处。”

这项研究中发现的与声音学习相关的基因和基因调控元件也往往存在于与自闭症谱系障碍相关的基因组部分中。这一发现表明，研究人类基因组的进化史可以为了解它如何影响人类健康提供线索。

普芬宁说：“在人类和蝙蝠大脑中形成远程连接的细胞类型与我们根据基因分析发现的与声音学习最相关的细胞类型相同。”“解剖学和遗传学都指向哺乳动物声音学习和人类言语产生进化的相同机制。”