小鼠后岛叶皮层在求偶超声发声中的表达与接收双模态编码机制研究

这篇研究通过微型内窥镜钙成像技术，揭示了小鼠后岛叶皮层（pIns）在社交发声行为中的双重功能：表达性（发声相关）和接收性（听觉相关）神经活动由空间混杂但功能独立的神经元群体编码。研究发现pInsVoc 神经元在发声前即被激活（与运动信号相关），而pInsEDrop 神经元仅在社交情境下对同种超声（USV）产生响应。解剖追踪显示pIns第5层神经元直接连接听觉丘脑（MGB）和中脑发声门控区（PAGRAm ），为理解社交情境依赖的声通讯神经机制提供了新见解。

　　

小鼠后岛叶皮层编码求偶发声的双模态信号

引言
哺乳动物的发声通讯需要大脑区域在社交情境下同时处理发声表达（运动输出）和接收（听觉输入）信号。后岛叶皮层（pIns）作为多感觉整合中枢，此前已被证明在灵长类中优先响应同类发声，但其在自然社交场景中的双模态编码机制尚不明确。本研究通过开发新型行为范式结合微型显微镜（miniscope）成像技术，首次在自由活动小鼠中解析了pIns神经元在求偶发声表达与窃听接收时的动态活动模式。

行为学范式创新
实验设计采用双室系统：在"求偶室"中雄性小鼠与雌鼠互动时产生超声（USV），相邻"窃听室"中的雄性则接收这些社交信号。通过切换雌鼠位置，实现同一动物在发声者与接收者角色间的快速转换。这种设计结合红外行为追踪和USV检测，实现了自然社交场景下神经活动的精准关联。

双模态神经编码特征
钙成像数据显示pIns中存在功能分离的神经元亚群：

• 发声相关神经元（pIns_Voc
  ）：22%的ROI在发声前50-100ms即出现活动增强，且在先天性聋鼠（Tmc1^Δ
  ）中依然存在，提示其编码运动或本体感觉信号
• 接收相关神经元（pIns_EDrop
  ）：10%的ROI仅在听到其他雄性USV时激活，且需依赖社交情境（单纯USV播放仅激活1个ROI）
  值得注意的是，这两类神经元空间分布重叠（KS检验p=0.71），但群体向量分析显示其活动模式显著分离（p<0.05）。

社交情境的调控作用
双光子成像实验揭示雌鼠气味可增强pIns对USV的响应：在头部固定雄性中，定向气流传递雌鼠气味使USV播放响应幅度提升37%（p<0.05）。这种多感觉整合可能通过piriform cortex-杏仁核-pIns通路实现，解释了自然场景中pIns听觉响应的情境依赖性。

神经环路基础
病毒示踪实验发现：

1. 听觉丘脑（MGB_pIns
   ）和后丘脑板内核（PIL）向pIns发送投射
2. pIns第5层神经元直接投射至导水管周围灰质（PAG）的声门控区
3. 顺行跨突触标记显示MGB→pIns→PAG_RAm
   构成三级通路
   虽然化学遗传学抑制pIns未改变USV产生率，但该通路可能参与发声时机的精细调控。

跨物种比较意义
该发现与人类颅内脑电（iEEG）研究形成呼应：人脑岛叶在言语产生和感知时均被激活。研究提出的双模态编码模型为理解自闭症等社交沟通障碍的神经基础提供了新视角，特别揭示了感觉运动整合异常可能导致社交情境理解缺陷。

创新与局限
研究首次在自由行为动物中实现发声-接收神经活动的单细胞分辨率解析，但存在以下局限：未验证pIns活动的因果必要性；未区分兴奋/抑制性神经元的具体贡献；需进一步探索该通路在雌性择偶决策中的作用。未来可通过细胞类型特异性操纵和更高时空分辨率成像深化机制研究。