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与不同神经元相关的鼠标社交呼叫和求救呼叫

康奈尔大学的神经科学家已经确定了一组中脑神经元,这些神经元对小鼠产生的社交发声至关重要,但不是它们在痛苦时发出的吱吱声。

研究结果表明,在小鼠和可能的其他动物中,不同的中脑神经元群控制不同类型的发声,而不是单一的多任务组。

更好地了解大脑如何组织以控制发声,包括人类语音,可以揭示遗传疾病或疾病如何损害这些神经回路,并改善治疗。

“声音交流是我们作为人类经验的核心,也是动物社会成功的基础,”艺术与科学学院心理学系玛丽·阿姆斯特朗·梅杜斯基(Mary Armstrong Meduski)80助理教授凯瑟琳·奇达(Katherine Tschida)说。“我们开始详细揭示不同神经元群体如何影响我们发声行为的特定方面。

Tschida是1月31日发表在《当代生物学》(Current Biology)上的《中脑神经元对小鼠超声发声的产生很重要的求救信号不需要》一书的通讯作者。第一作者Patryk Ziobro是心理学领域的博士生,合著者Yena Woo ’24和Zichen He ’22是Tschida实验室的现任和前任成员。

几十年来,科学家们已经知道,中脑中称为导水管周围灰质(PAG)的一部分对于发声至关重要,其中可能包括猫的喵喵声或嘶嘶声,一个人的笑声或哭泣声,或者我们说话的情感内容。Tschida说,这些知识一直停留在区域层面,没有能力选择性地操纵负责发声的神经元。

小鼠主要以两种方式交流:当经历疼痛或恐惧时,人类会发出人类可听见的吱吱声;以及求偶和其他社交互动期间使用的高频超声波发声 (USV)。2019 年,Tschida 领导的一个团队报告说,破坏一组特定的 PAG 神经元会抑制男性的超声波交流,这引发了这些神经元是否可能在其他情况下控制发声的问题。

这项新研究复制了早期研究在男性身上的发现,并将其扩展到女性。由于缺乏研究人员所标记的PAG-USV神经元,这些小鼠仍然可以从事社交和求偶活动,但这样做是默默的。

然后,研究小组开始研究神经元的缺失是否也限制了小鼠的吱吱声能力。对研究对象的脚施加轻微的电击 – 足以引起吱吱声,但不会造成身体伤害 – 研究人员发现求救信号不受影响。

“事实上,你可以消除一种类型的发声而不干扰另一种发声,这是非常明确的证据,表明大脑中必须有不同的神经元来调节这两种类型的声音交流,”Tschida说。

Tschida说,在具有更丰富声音曲目的动物中,这种情况可能会更加复杂,包括在人类中。但这项研究似乎排除了简单的模型,这些模型表明一个神经元群是所有这些神经元的幕后黑手。

Tschida说,这是朝着建立更详细的机制图景迈出的一步,该图解释了特定的PAG神经元如何发挥作用,以及与后脑下游神经元的相互作用如何使动物能够在正确的时间和正确的方式发声。而且,研究人员说,这是理解为什么神经和神经发育障碍可能会损害发声的一步。

“在这种损伤与运动控制更相关的情况下,我们不清楚是什么导致人们在发展和调节言语方面有困难,”Tschida说。“对大脑如何产生发声有基本的了解可以帮助我们理解什么时候出了问题,它是怎么出错的?”

有趣的是,Tschida说,这项研究还表明,不同的神经元负责在小鼠中传达积极和消极情绪状态的发声,这可能是另一种研究途径。在正在进行的工作中,该团队希望确定调节吱吱声产生的神经元。

“知道USV和吱吱声有不同的神经元群体,开启了一套全新的实验,深入研究这些发声的神经机制,”Ziobro说。“我很期待接下来的步骤。”

该研究得到了白厅基金会的资助和斯隆研究奖学金的支持,该奖学金于 2021 年由 Alfred P. Sloan 基金会授予 Tschida。

新闻旨在传播有益信息,英文版原文来自 https://news.cornell.edu/stories/2024/01/mouse-social-calls-and-distress-calls-linked-different-neurons