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为探究鸣声特定成分修改对行为与神经反应的影响，研究人员以峨眉弹琴蛙（Nidirana daunchina）为对象，开展趋声行为实验和神经信号记录。发现雌蛙对信息连贯性破坏的鸣声吸引力下降，N400 和 LPC 振幅分别与信息不一致和物理属性改变相关，揭示鸣声信息连贯性在无尾类发声交流中至关重要。
在动物王国中，声音是重要的交流媒介，尤其对于依赖鸣声完成求偶、领地竞争等行为的物种而言，鸣声的精确传递与识别至关重要。然而，长期以来，科学界对 “鸣声特定成分的修改如何同时影响动物的行为和神经反应” 这一问题知之甚少。例如，当鸣声中的某个音符被替换或物理属性改变时，接收者的行为选择是否会出现偏好变化？其大脑又会产生怎样的电生理响应？这些问题不仅关乎动物交流的本质，也为理解人类语言和听觉认知的进化提供了关键线索。
为填补这一研究空白，中国科学院成都生物研究所的研究人员以峨眉弹琴蛙（Nidirana daunchina）为模型开展深入研究。选择该物种的原因在于，其发声交流具有高度的通道特异性，且不同鸣声成分被证实承载着个体识别、物种辨别等关键信息，是理想的听觉处理研究对象。研究团队通过巧妙设计一系列鸣声刺激，结合行为学观察与电生理学记录，系统分析了鸣声信息连贯性和物理属性改变对雌蛙选择行为及脑电信号的影响。相关成果发表在《Communications Biology》，为揭示动物发声交流的神经机制提供了重要证据。
研究主要采用了以下关键技术方法：
- 趋声行为实验：在野外环境中，将雌蛙置于实验装置中央，通过播放不同修改版本的鸣声（如替换最后一个音符、增加音高、混入白噪音等），观察其对声源的选择偏好及反应潜伏期，量化行为层面的响应差异。
- 脑电信号记录（EEG）：对麻醉后的青蛙植入电极，记录不同脑区（端脑、间脑、中脑左右两侧）在接收鸣声刺激时的事件相关电位（ERPs），重点分析 N400 和晚期正成分（LPC）的振幅与潜伏期变化，解析神经层面的信息处理机制。
- 声学刺激设计：基于 Adobe Audition 软件生成多种鸣声变体，包括信息连贯性破坏组（如 OR、OQ、OW）和物理属性改变组（如 OCP、OQP、OWP），并设置相应对照刺激（如 OCC、OCPC 等），通过精确控制变量分离不同因素的影响。
研究结果
1. 雌蛙对正常鸣声的行为偏好
通过对比原始鸣声（OC）与修改版本的趋声选择发现，雌蛙显著偏好 OC 而非最后音符反转（OR）或白噪音替换（OW）的鸣声（binomial test: p<0.05），表明信息连贯性破坏会降低鸣声吸引力。然而，对于仅改变音高的 OCP 或替换为同域物种鸣声的 OQ，雌蛙未表现出显著偏好差异，可能与自然环境中这类刺激的常见性有关。此外，所有刺激组的反应潜伏期无显著差异，提示行为选择更多依赖信息内容而非反应速度。
2. N400 振幅与信息连贯性破坏程度正相关
电生理结果显示，信息连贯性破坏的鸣声（OQ、OW、OQP、OWP）诱发的 N400 振幅显著大于原始鸣声（OC）和物理属性改变组（OCP）。进一步分析发现，N400 振幅随信息不一致程度增加而升高，且在所有脑区均有体现，表明 N400 作为预测误差的神经指标，能敏感反映鸣声成分与预期的偏离。对照组因前五个音符反转导致信息连贯性丧失，N400 振幅显著低于处理组，进一步验证了信息连贯性的关键作用。
3. LPC 振幅与物理属性改变相关
对于仅改变音高的刺激（OCP、OQP），其诱发的 LPC 振幅显著高于未改变组（OC、OQ），表明 LPC 对声学信号的物理属性变化敏感，可能参与信号的重新分析过程。值得注意的是，OCP 与 OC 的 N400 振幅无显著差异，说明单纯物理属性改变不影响信息连贯性，印证了 N400 和 LPC 分别对应不同的神经处理通路。
结论与讨论
本研究首次在无尾类中证实，鸣声的信息连贯性通过 N400 成分调控行为选择，而物理属性变化则通过 LPC 成分被大脑快速识别。这一发现不仅揭示了动物发声交流中 “内容 - 形式” 的双重编码机制，也为跨物种听觉认知研究提供了关键证据 —— 尽管青蛙大脑结构较哺乳动物简单，但其 ERP 成分（如 N400）在功能上与人类具有高度保守性，提示预测误差处理可能是脊椎动物共有的神经机制。
研究还发现，行为学与电生理学结果存在部分不一致，如雌蛙对 OQ（同域物种鸣声替换）无显著行为偏好，但电生理显示其诱发明显 N400 响应。这可能与自然环境中雌蛙频繁接触类似干扰刺激、形成适应性有关，暗示行为选择是多重因素（如熟悉度、生物学意义）共同作用的结果，而神经响应更直接反映刺激的新奇性与不一致性。
该研究的意义不仅限于两栖动物领域，更为理解人类语言 processing（如语义违反检测）和听觉障碍提供了新视角。例如，N400 在人类中与语言理解相关，而本研究表明其在青蛙中同样参与鸣声信息的 “语义” 处理，支持了 “动物鸣声可能具有原始语义特征” 的假说。未来研究可进一步探索不同物种间 ERP 成分的进化关联，为构建跨物种的神经认知理论奠定基础。
