雌性斑胸草雀的多感官整合前脑区域（NCC）能够区分正常与异常的同种鸣叫

《Behavioural Brain Research》：A multisensory integrative forebrain area (NCC) in Female Zebra Finches discriminates between Normal and Abnormal Conspecific Song

　　

摘要

对许多物种而言，声音交流是选择配偶和求偶过程中的重要环节。在斑胸草雀（Taeniopygia guttata）这类鸣禽中，雄鸟的歌声能够反映出其生理状况，甚至可能揭示其发育历史，从而影响雌鸟的择偶决策。人们认为，雌性斑胸草雀拥有一个听觉“模板”——可能存在于尾内侧巢状皮层（NCM）、尾内侧中胚层皮层（CMM）和/或尾中央巢状皮层（NCC）中——该模板为高质量与低质量歌声提供标准，并引导雌鸟的偏好行为。为研究这一模板对歌声细微差别的敏感程度，我们采用了操作条件反射实验方法，使用正常同种歌声以及因雄鸟在歌声产生相关区域过度表达人类α-突触核蛋白基因而产生的类似帕金森病的歌声。此外，还让雌鸟听这些歌声的回放，以便通过免疫组化方法分析NCM、CMM和NCC中Zenk蛋白和c-Fos蛋白的表达情况，这两种蛋白分别是即刻早期基因zenk和的产物。尽管不同雌鸟对两种歌声的偏好并不一致，但与听到类似帕金森病歌声的雌鸟相比，听到正常歌声的雌鸟在NCC中这两种即刻早期基因的表达水平显著更高，而在NCM和CMM中则无此差异。这些结果表明，NCC可能负责检测歌声质量的细微差别，而NCM和CMM则更直接地影响雌鸟的偏好行为。

引言

在许多物种中，声音交流对于社交互动和择偶至关重要[1]、[2]、[3]。在斑胸草雀这类鸣禽中，雄鸟会学习发出特定的歌声，这些歌声是吸引配偶和建立社交联系的重要信号[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。雄鸟在幼年时期就会学习唱歌，通常是从父亲那里学习，到成年后这种歌声会变得高度固定，由重复的音节组成[4]。这些歌声既有物种特异性，又因个体而异，使得雌鸟能够通过歌声这一听觉信号来区分不同的潜在配偶[4]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]。

雌性斑胸草雀对特定歌声有明显的偏好，并且能够分辨出歌声在声学特征上的细微差异[11]。它们更喜欢同种的歌声而非异种的歌声[9]，也更偏爱针对雌鸟的歌声而非通用歌声[13]、[14]。当接触到多个雄鸟的歌声时，雌鸟会表现出相互一致的偏好，这说明它们会对雄鸟的歌声进行“排序”——这一现象反映了它们对雄鸟质量的不同认知，或许能影响它们的择偶选择[15]。雌性斑胸草雀还会对那些音节频率更高、旋律更加一致、音节内声音密度更大的歌声更有反应，这些特征需要更高的发声与呼吸协调能力，往往与雄鸟的体型、喙大小等形态特征相关[5]、[6]、[7]、[8]。歌声能够传递关于雄鸟发育历史、健康状况和适应能力的丰富信息；例如，经历过早期压力的雄鸟所发出的歌声结构会有所改变，雌鸟对这些质量较低的歌声的偏好也会降低[16]。雌鸟通常会更选择熟悉的或表现更好的歌声，而非新奇或结构不佳的歌声[8]、[10]。通过分析歌声的特定特征，雌鸟可能在识别雄鸟在运动学习方面的缺陷或发声控制方面的问题，这意味着歌声不仅是一种求偶信号，还能反映雄鸟的神经和生理健康状况。

通过功能性磁共振成像技术，以及检测即刻早期基因zenk（相当于哺乳动物基因zif-268、egr-1、ngfi-a和的鸟类对应基因）和的活性，研究发现雌鸟在感知和偏好歌声时，大脑的三个前脑区域——尾内侧巢状皮层（NCM）、尾内侧中胚层皮层（CMM）和尾中央巢状皮层（NCC）——会发挥作用。NCM在功能上类似于哺乳动物的高级听觉皮层，与熟悉度、辨别能力和记忆功能有关[17]、[18]、[19]。在NCM中，Zenk蛋白的免疫反应强度会随发育经历和社会环境的变化而改变[11]。CMM在对父亲发出的歌声（雌鸟更喜欢的歌声）和新歌声的反应上也存在差异，这表明它有助于基于发育过程中形成的听觉记忆来形成偏好行为[20]、[21]。CMM对雌鸟更喜欢的针对雌鸟的歌声和通用歌声的反应尤为敏感[14]、[22]。最近有研究指出，NCC也是参与雌鸟歌声感知和偏好的另一个区域。它在对雌鸟偏好的歌声和通用歌声的反应中，会表现出强烈的Zenk蛋白表达以及明显的血氧水平依赖性激活反应[14]。

为了研究雌鸟对歌声的辨别和偏好能力，人们还使用了经过人工处理的合成刺激，比如同种歌声的乱序或倒序版本，作为非偏好刺激的示例[23]、[24]、[25]。虽然这类修改有助于研究特定歌声特征对神经或行为活动的影响，但它们可能并不具备生物学上的合理性。因此，雌鸟对这类刺激的反应可能只是对非自然刺激特性的敏感，而非对雄鸟歌声质量真实差异的反应[25]、[26]。相比之下，由生物因素导致的歌声变化则更能反映实际情况，更适合用来评估雌鸟的偏好。在本研究中，我们通过使用在歌声产生相关的基础神经节区域X中过度表达人类野生型α-突触核蛋白的雄性斑胸草雀所发出的歌声，来探究歌声质量下降是否会导致雌鸟的行为或神经活动出现可测量的变化[28]。这类因α-突触核蛋白异常而产生的类似帕金森病的歌声虽保留了同种歌声的整体结构，但由于存在音节时长、节奏和变化程度等方面的细微问题，人类耳朵无法察觉到这些差异[28]、[29]。通过通过对雄鸟歌声产生相关区域的基因操作，我们可以研究雌鸟如何感知同种歌声中的细微缺陷，避免合成处理带来的干扰。

章节摘录

研究对象

共有34只成年雌性斑胸草雀（Taeniopygia guttata）在韦尔斯利学院的动物饲养设施中被饲养长大。所有鸟儿都生活在16:8的光照周期环境中，可以随时获取鸟粮、水、砂粒和海龟骨，每周还会得到两次生菜。雌鸟在出生后35至60天之前都与父亲一起生活在家庭笼子里。之后，它们会被安置在每笼四只鸟的同性笼子中，雌鸟笼和雄鸟笼位于同一房间内；因此，所有的

雌鸟在群体层面没有表现出偏好行为

我们通过操作条件偏好测试来测定雌鸟的偏好，测试时将一只雌鸟放入一个有两个机械栖木的笼子中：激活其中一个栖木会播放同一只雄鸟的正常（帕金森病前）歌声，而激活另一个栖木则会播放同一只雄鸟的类似帕金森病（帕金森病后）的歌声。两种歌声的放置位置每24小时更换一次，整个测试期为96小时。虽然不同雌鸟的偏好程度各不相同（有的更喜欢帕金森病前的歌声，有的更喜欢帕金森病后的歌声；详见补充材料

讨论

本研究显示，在雌性斑胸草雀的尾中央巢状皮层中，那些听到正常歌声的雌鸟，其神经元活动（以表达即刻早期基因zenk或的细胞数量来衡量）明显高于那些听到因基因操作而出现类似帕金森病歌声缺陷的歌声的雌鸟。这些结果表明，尽管不同雌鸟的偏好行为并不一致，但尾中央巢状皮层可能负责检测歌声中的细微异常。虽然听觉

未标注参考文献

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CRediT作者贡献说明

Gobes Sharon Meta Heleen：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，结果验证，项目监督，项目管理，方法设计，资金筹集，正式数据分析，概念构思。Quelam Tran-Perez：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，结果验证，项目监督，方法设计，实验研究，正式数据分析，数据整理，概念构思。Julie E. Miller：撰写——审阅与编辑，资源协调，概念构思。

致谢

我们要感谢EmmaChaya Lipton-Praver、Constanza Zamani和Kayla Quinlan在实验期间定期照料这些鸟儿，感谢Constanza Zamani和Sinmiloluwa Akande对脑组织切片进行分析，感谢Constanza Zamani负责播放测试用的歌声，感谢Adharsha Ramesh开发了早期版本的行为测试程序，感谢Chao Tang开发用于控制操作条件偏好测试并实施灌注操作的定制软件，还要感谢Katherina Riebel在操作条件训练方面给予的建议

Quelam Tran-Perez|Julie E. Miller|Sharon M.H. Gobes

美国马萨诸塞州韦尔斯利市韦尔斯利学院神经科学系