大鼠22 kHz超声发声的发育轨迹与异质性：从幼崽求救信号到成年情感表达的神经机制解析

本文推荐大鼠22 kHz超声发声的发育与异质性研究。为解决情感发声的神经发育机制及功能分类问题，研究人员系统分析了从出生后第2天到成年期大鼠对空气刺激的发声反应，揭示了发声类型随边缘系统发育阶段的转变规律，并首次提出成年大鼠22 kHz叫声存在三种功能亚型（短、中、长时程），为情感神经科学及精神疾病模型研究提供了重要理论依据。

　　

在动物通信研究领域，大鼠的超声发声一直是揭示情感状态与神经机制关系的重要窗口。成年大鼠主要产生两类特征性呼叫：50 kHz正向情感发声和22 kHz负向情感发声。然而，关于22 kHz呼叫的发育轨迹及其潜在异质性的系统研究仍存在显著空白。幼年大鼠的 distress calls（求救叫声）与成年鼠的22 kHz呼叫是否具有同源性？边缘系统发育如何塑造发声特征的演变？成年鼠的22 kHz呼叫是否存在功能亚型？这些问题的解答对理解情感表达的神经进化机制具有重要意义。

本研究通过空气刺激范式，系统记录了从出生后第3天到第65天大鼠的发声反应，结合声学分析与神经发育标志物检测，首次绘制了大鼠22 kHz呼叫的发育轨迹图。关键技术方法包括：使用Airstim装置实施标准化空气刺激，QMC Bat探测器记录超声发声，DSP Sonograph进行离线声学参数分析（时间分辨率1.5 ms，频率分辨率20 Hz）；通过胆碱乙酰转移酶（ChAT）活性测定评估胆碱能系统发育状态；采用颅内微量注射技术（卡巴胆碱0.25-4.0 μg剂量）验证神经调控机制；基于6,763次触觉刺激与3,518次化学刺激发声的大样本进行声学参数分布建模。

2.1. 新生儿与幼鼠对厌恶刺激的反应

早期幼鼠（PND ^{postnatal day} 3-21）对冷空气刺激产生 stereotyped distress calls（刻板求救呼叫），叫声持续时间短（<100 ms）且频率波动大（40-50 kHz），表现为典型的频率扫描特征。该阶段发声由脑干自主机制主导，与边缘系统未成熟状态相关。

2.2. 青少年期大鼠的反应转变

青少年期（PND 21-35）出现 primitive 22 kHz calls（原始22 kHz呼叫），平均持续时间延长至300 ms，频率稳定在30 kHz附近但仍高于成年典型范围。该转变与中脑边缘结构髓鞘化进程同步，表明古老边缘系统开始参与危险信号处理。

2.3. 成年期发声的成熟模式

成年大鼠（PND>35）发出物种典型22 kHz呼叫，持续时间稳定在650 ms左右，频率精准维持在22.5-25 kHz范围。该转变关键节点与 forebrain limbic areas（前脑边缘区域）髓鞘化完成及胆碱能系统功能成熟（ChAT活性达成年水平）高度吻合。

2.6. 成年发声的持续时间异质性

大样本分析揭示22 kHz呼叫存在双峰分布：短呼叫（20-300 ms）呈尖锐峰型，长呼叫（300-2000 ms）呈宽幅分布。外部触觉刺激诱发更多长时程呼叫（18%超过1000 ms），而脑内化学刺激（卡巴胆碱）使分布向短时程偏移，证明发声持续时间受刺激强度调控。

2.7. 刺激强度对发声时程的调控

随着卡巴胆碱剂量增加，平均呼叫持续时间显著缩短（r = -0.92），特别是>1000 ms的超长呼叫数量急剧减少。谷氨酸刺激 laterodorsal tegmental nucleus（LDTg）诱发最强烈的短促呼叫（平均400 ms），证实高强度厌恶 arousal（唤醒）导致发声时程压缩。

2.8. 动机强度与发声特征关联

可卡因自我给药实验中，渴求期仅出现短时程呼叫（15-500 ms），未见长时程呼叫。表明高强度负性情感状态（如渴求）与短呼叫亚型特异性关联，挑战了“呼叫时长与情感强度正相关”的传统假设。

2.9. 超长时程呼叫的独特意义

交配后发声（1000-3000 ms）、安全环境下的捕食者反应及重复性轻触刺激中出现的超长呼叫（>1000 ms），被重新解释为对 annoyers（厌恶性刺激）的反应，表达 annoyance（烦恼）/irritation（激惹）而非单纯恐惧。这种“呼叫时程延长与情感强度正相关”的模式与短/中长呼叫的调控机制相反。

研究结论表明，大鼠22 kHz发声的发育遵循边缘系统进化层级：新生儿期脑干自主反应→青少年期中脑边缘系统初步整合→成年期前脑边缘系统精细调控。成年发声存在三种功能亚型：短呼叫（20-300 ms）表达不确定性/挫折感；中长呼叫（300-1000 ms）警示直接危险；超长呼叫（>1000 ms）传达厌烦情绪。所有亚型均通过 mesolimbic cholinergic system（边缘叶胆碱能系统）介导，但受不同强度与性质的厌恶刺激调制。

该研究首次建立发声类型与神经发育阶段的对应关系，为利用声学特征追踪精神疾病模型（如焦虑症、成瘾）的神经发育异常提供了新范式。对超长呼叫作为“厌烦指标”的发现，革新了对负性情感声学表达的理解，为开发基于声学特征的情感状态客观评估工具奠定理论基础。论文发表于《Behavioural Brain Research》，对跨物种情感通信研究具有里程碑意义。