《Communications Biology》：Modified specific components of conspecific advertisement calls influence behavioral and neural responses in music frogs
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為探究鳴聲特定成分修改對行為與神經反應的影響，研究人員以峨眉彈琴蛙（Nidirana daunchina）為對象，開展趨聲行為實驗和神經信號記錄。發現雌蛙對信息連貫性破壞的鳴聲吸引力下降，N400 和 LPC 振幅分別與信息不一致和物理屬性改變相關，揭示鳴聲信息連貫性在無尾類發聲交流中至關重要。
在動物王國中，聲音是重要的交流媒介，尤其對于依賴鳴聲完成求偶、領地競爭等行為的物種而言，鳴聲的精確傳遞與識別至關重要。然而，長期以來，科學界對 “鳴聲特定成分的修改如何同時影響動物的行為和神經反應” 這一問題知之甚少。例如，當鳴聲中的某個音符被替換或物理屬性改變時，接收者的行為選擇是否會出現偏好變化？其大腦又會產生怎樣的電生理響應？這些問題不僅關乎動物交流的本質，也為理解人類語言和聽覺認知的進化提供了關鍵線索。
為填補這一研究空白，中國科學院成都生物研究所的研究人員以峨眉彈琴蛙（Nidirana daunchina）為模型開展深入研究。選擇該物種的原因在于，其發聲交流具有高度的通道特異性，且不同鳴聲成分被證實承載著個體識別、物種辨別等關鍵信息，是理想的聽覺處理研究對象。研究團隊通過巧妙設計一系列鳴聲刺激，結合行為學觀察與電生理學記錄，系統分析了鳴聲信息連貫性和物理屬性改變對雌蛙選擇行為及腦電信號的影響。相關成果發表在《Communications Biology》，為揭示動物發聲交流的神經機制提供了重要證據。
研究主要采用了以下關鍵技術方法：
- 趨聲行為實驗：在野外環境中，將雌蛙置于實驗裝置中央，通過播放不同修改版本的鳴聲（如替換最后一個音符、增加音高、混入白噪音等），觀察其對聲源的選擇偏好及反應潛伏期，量化行為層面的響應差異。
- 腦電信號記錄（EEG）：對麻醉后的青蛙植入電極，記錄不同腦區（端腦、間腦、中腦左右兩側）在接收鳴聲刺激時的事件相關電位（ERPs），重點分析 N400 和晚期正成分（LPC）的振幅與潛伏期變化，解析神經層面的信息處理機制。
- 聲學刺激設計：基于 Adobe Audition 軟件生成多種鳴聲變體，包括信息連貫性破壞組（如 OR、OQ、OW）和物理屬性改變組（如 OCP、OQP、OWP），并設置相應對照刺激（如 OCC、OCPC 等），通過精確控制變量分離不同因素的影響。
研究結果
1. 雌蛙對正常鳴聲的行為偏好
通過對比原始鳴聲（OC）與修改版本的趨聲選擇發現，雌蛙顯著偏好 OC 而非最后音符反轉（OR）或白噪音替換（OW）的鳴聲（binomial test: p<0.05），表明信息連貫性破壞會降低鳴聲吸引力。然而，對于僅改變音高的 OCP 或替換為同域物種鳴聲的 OQ，雌蛙未表現出顯著偏好差異，可能與自然環境中這類刺激的常見性有關。此外，所有刺激組的反應潛伏期無顯著差異，提示行為選擇更多依賴信息內容而非反應速度。
2. N400 振幅與信息連貫性破壞程度正相關
電生理結果顯示，信息連貫性破壞的鳴聲（OQ、OW、OQP、OWP）誘發的 N400 振幅顯著大于原始鳴聲（OC）和物理屬性改變組（OCP）。進一步分析發現，N400 振幅隨信息不一致程度增加而升高，且在所有腦區均有體現，表明 N400 作為預測誤差的神經指標，能敏感反映鳴聲成分與預期的偏離。對照組因前五個音符反轉導致信息連貫性喪失，N400 振幅顯著低于處理組，進一步驗證了信息連貫性的關鍵作用。
3. LPC 振幅與物理屬性改變相關
對于僅改變音高的刺激（OCP、OQP），其誘發的 LPC 振幅顯著高于未改變組（OC、OQ），表明 LPC 對聲學信號的物理屬性變化敏感，可能參與信號的重新分析過程。值得注意的是，OCP 與 OC 的 N400 振幅無顯著差異，說明單純物理屬性改變不影響信息連貫性，印證了 N400 和 LPC 分別對應不同的神經處理通路。
結論與討論
本研究首次在無尾類中證實，鳴聲的信息連貫性通過 N400 成分調控行為選擇，而物理屬性變化則通過 LPC 成分被大腦快速識別。這一發現不僅揭示了動物發聲交流中 “內容 - 形式” 的雙重編碼機制，也為跨物種聽覺認知研究提供了關鍵證據 —— 盡管青蛙大腦結構較哺乳動物簡單，但其 ERP 成分（如 N400）在功能上與人類具有高度保守性，提示預測誤差處理可能是脊椎動物共有的神經機制。
研究還發現，行為學與電生理學結果存在部分不一致，如雌蛙對 OQ（同域物種鳴聲替換）無顯著行為偏好，但電生理顯示其誘發明顯 N400 響應。這可能與自然環境中雌蛙頻繁接觸類似干擾刺激、形成適應性有關，暗示行為選擇是多重因素（如熟悉度、生物學意義）共同作用的結果，而神經響應更直接反映刺激的新奇性與不一致性。
該研究的意義不僅限于兩棲動物領域，更為理解人類語言 processing（如語義違反檢測）和聽覺障礙提供了新視角。例如，N400 在人類中與語言理解相關，而本研究表明其在青蛙中同樣參與鳴聲信息的 “語義” 處理，支持了 “動物鳴聲可能具有原始語義特征” 的假說。未來研究可進一步探索不同物種間 ERP 成分的進化關聯，為構建跨物種的神經認知理論奠定基礎。
