仙琴蛙鸣声感知的事件相关电位研究

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快速准确的鸣声感知是动物赖以生存和繁殖成功的保证,是大脑对信息的感知、识别和分类的动态过程。既往研究多通过二元选择范式,向动物呈现不同个体的信息,以动物的选择结果判别其是否进行了鸣声感知和个体识别,这类研究为理解动物的行为响应特征提供了大量依据;但并非所有的感知与识别都伴随着行为响应,即使有行为响应,也未必一定是正确或错误感知的结果(可能受有效性比和杂交适合度等影响);另外行为学研究难于揭示信息获取、分析、辨别和分类过程。因此,选择合适的动物模型、综合行为及神经电生理研究手段,可望深入全面地理解鸣声感知的机制。对大多数夜行性蛙类而言,声音通讯几乎完全决定识别行为,影响识别的因素相对于依赖多模信号的其它脊椎动物而言更为单纯;声音信息便于分析和操纵;脑电(electroencephalogram,EEG)是神经元群电活动在大脑皮层的总体反映,是脑功能信息传输的内部载体,蕴藏着丰富的、动态的生理信号,具有时间分辨率极高的优点。所以蛙类和EEG是研究鸣声感知动态过程的理想模型和理想信号。因此,本研究选用行为研究较为透彻的仙琴蛙(Babina daunchina)作为实验对象,利用EEG和事件相关电位(event-related potential,ERP)探索(1)仙琴蛙完成鸣声感知的时长;(2)广告鸣叫的不同音节对鸣声感知的贡献大小差异;以及(3)鸣声时频域信息对鸣声感知的影响。主要结论如下:  1.为研究鸣声感知的时长,本文采用失匹配负波(Mismatch negativity,MMN)实验范式,给仙琴蛙回放来自两只不同个体(frog1和frog2)的高性吸引力鸣叫(即洞内鸣叫)和低性吸引力鸣叫(洞外鸣叫)以及白噪声(white noise,WN)。结果显示(1)在50~250ms时间窗内,MMN幅度在作为刺激来源的两个不同个体间具有显著差异,但在不同鸣叫类型间无显著性差异,说明仙琴蛙在50~250ms时间窗内完成了鸣声感知和个体识别;(2)在繁殖季节,雌性的MMN幅度存在比雄性更大的趋势,可能与雌性所受更大的繁殖压力相关。  2.为研究不同音节对鸣声感知的贡献大小差异,本文采用优化的MMN范式,播放同一个广告鸣叫的5个音节和WN。结论显示:(1)在不同电极位置、不同性别中,第一个音节引起的MMN幅度总是大于其他四个音节引起的MMN幅度,而且第一个音节在多维尺度空间中与其他音节更远,提示第一个音节可能在蛙类鸣声感知和声音通讯中起着更为重要的作用;(2)总体而言,左侧脑区的MMN幅度大于右侧,这种偏侧性与仙琴蛙存在右耳优势这一结论相符。  3.为研究时频域信息对鸣声感知的影响,本文通过Oddball范式,播放洞内广告鸣叫、广告鸣叫的反转版本(即时域信息缺失,频域成份保留)、广告鸣叫的包络版本(用白噪声填充,即时域信息保留,频域信息缺失)以及WN。结果表明:原始的广告鸣叫和反转后的广告鸣叫诱导的N1、P2、P3幅值最大,而鸣叫包络诱导的N1、P2、P3相对较小,表明广告鸣叫中的时频域信息对蛙类声音通讯而言均有贡献,而且频域信息的贡献可能更大。
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