《Journal of Comparative Physiology A》：Neural correlates of spatial orientation in a territorial frog Allobates femoralis
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支持空间导航的脑区在哺乳动物中已得到充分研究，但其在其他脊椎动物空间行为中的功能仍知之甚少，尤其是在野外条件下。研究人员在自然环境中测量了一种具有领地性的雨林蛙 *Allobates femoralis* 在导航初始阶段的行为及其神经相关指标。研究人员将蛙个体
支持空间导航的脑区在哺乳动物中已得到充分研究，但其在其他脊椎动物空间行为中的功能仍知之甚少，尤其是在野外条件下。研究人员在自然环境中测量了一种具有领地性的雨林蛙 *Allobates femoralis* 在导航初始阶段的行为及其神经相关指标。研究人员将蛙个体释放于熟悉区域、不熟悉区域或家域区域。仅有被释放在熟悉区域但位于其家域领地之外的个体表现出显著的归家定向，并且在高起结构上停留的时间更长，推测这与空间定向有关。相比之下，被直接释放回家域领地的个体总体上移动较少，而被释放到不熟悉区域的个体则倾向于移动更多，可能是在探索陌生地点以寻找熟悉地标。与预测相反，两栖动物中与海马体（hippocampus）同源的脑区——内侧苍白膜（medial pallium, Mp）并未对该导航任务表现出选择性反应。在将行为差异纳入考量后，大多数被测量的苍白膜（pallial）与苍白膜下（subpallial）脑区在蛙从熟悉环境中进行归家定向时均表现出升高的神经活动。有趣的是，尽管行为模式不同，被直接释放回家域的蛙与被释放到不熟悉区域的蛙在脑活动上仅表现出较少差异。总体而言，研究结果表明，野生箭毒蛙会对环境熟悉性作出选择性反应，并且当其面临在熟悉场景中进行导航的挑战时，多数被测脑区中具有翻译活性的神经元（pS6阳性细胞）数量更多。上述发现支持如下假说：在两栖动物中，与哺乳动物空间加工中枢同源的脑区表现出更偏向任务一般性的反应。
该文发表于《Journal of Comparative Physiology A》，聚焦两栖动物在自然环境中的空间认知神经基础，旨在弥合野外行为观察与实验室机制研究之间的鸿沟。既有研究已较充分揭示哺乳动物、部分鸟类的空间导航神经网络，特别是海马形成（hippocampal formation）及内嗅皮层（entorhinal cortex）在空间编码中的作用；但对于两栖动物等非哺乳类脊椎动物，尤其在真实野外场景中的导航神经机制，相关证据仍十分有限。两栖动物作为最早登陆的四足动物类群，是理解脊椎动物空间认知演化的重要节点。*Allobates femoralis* 具有稳定的领地行为、显著的归家能力以及依赖空间记忆的育幼运输行为，因此成为研究野外导航及其神经相关性的理想模型。此前研究显示，该物种被异地转移后通常先经历一个相对静止的“定向阶段”，随后沿较直接路径归返家域；而在不熟悉区域则缺乏明确归家定向，更多表现为探索性移动。基于这一行为特征，研究人员将取材时点锁定在归家前的初始定向阶段，以解析导航启动早期的神经活动模式。
研究的核心问题在于：两栖动物是否如哺乳动物一样，依赖特定同源脑区承担空间导航；或者其导航相关脑网络在功能上呈现更广泛、更任务一般性的组织方式。研究人员预期，熟悉区域异地释放会增强内侧苍白膜（Mp）和背侧苍白膜（dorsal pallium, Dp）的活动；不熟悉区域释放则更可能增强纹状体（striatum, Str）与隔区（septum, Sep）的活动；而回归家域释放可能增强下丘脑视前区（preoptic area, Poa）的活动，因为该区与社会行为和领地性有关。研究结果部分支持了环境熟悉性影响行为和神经活动的观点，但并未支持Mp在该任务中具有强选择性的原始预测。
方法上，研究人员于法属圭亚那 Nouragues 保护区野外采集42只具有领地性的雄性 *A. femoralis*，利用谐波定向追踪器与被动应答标签进行个体标记。次日清晨将个体分别置于家域释放、熟悉异地释放、不熟悉区域释放和桶内对照四组，并对前120 min 内的移动、转向、隐藏、地面停留、高处停栖及取食尝试等行为进行连续记录。随后采集脑组织，采用磷酸化核糖体蛋白S6（phospho-S6, pS6）免疫组织化学评估神经元翻译活性，在Mp、Dp、侧苍白膜（lateral pallium, Lp）、纹状体（Str）、隔区（Sep）和视前区（Poa）中计数pS6阳性细胞，并以广义线性混合模型（GLMM）分析实验条件、脑区及行为协变量对神经活动的影响。
研究结果部分首先表明，蛙会根据释放地点的空间属性表现出显著不同的行为反应。
Frog behavior changes based on release site
在这一部分中，研究人员比较了不同释放条件下个体的早期行为。结果显示，仅有释放于“熟悉但非家域”的个体表现出显著朝向捕获地点的定向，这直接证明其能够区分“熟悉环境中的归家任务”与“已在家域中无需导航”以及“完全陌生环境无法归家”这三种情境。与此同时，该组个体在高起结构上的停留时间显著更长，提示停栖高处可能与环境扫描、线索整合或空间定向有关。相较之下，直接释放回家域领地的个体移动最少，表明其可能迅速识别所在位置而无需进一步定向；释放于不熟悉区域的个体则总体移动最多，呈现探索性行为模式。不同组别在取食尝试次数、隐藏时间比例和地面停留时间比例上并无显著差异。该结果说明，行为差异主要集中在定向相关活动而非一般活动水平的全面改变。
Neural activity changes based on the release site
在该部分中，研究人员检验了不同释放条件是否对应不同脑区的pS6阳性细胞数量变化。初步模型显示，实验条件与脑区之间存在显著交互作用，提示不同脑区对不同空间情境的反应并不一致。事后比较表明，相较于未经历地点识别任务的对照组，实验组在Lp、Dp和Str中的pS6阳性细胞更多，但Mp、Sep和Poa未见同样差异。值得注意的是，在这一未控制行为协变量的分析中，各实验组彼此之间并无显著成对差异，仅表现出熟悉区域释放组在Dp和Lp中活性偏高的趋势。这说明单纯依据释放条件本身，尚不足以清晰分离出导航任务所特异关联的神经模式，行为状态可能是重要干扰因素。
随后，研究人员在模型中纳入“移动次数”和“在高起结构上停留时间”两个行为协变量，以检验脑活动差异在控制行为变异后是否更加清晰。结果再次显示实验条件与脑区之间存在显著交互作用，同时“高处停栖时间”与总体pS6阳性细胞数呈显著负相关，而“移动次数”并无显著效应。更关键的是，在控制行为差异后，熟悉区域释放组在Dp、Lp、Mp、Sep和Str中的pS6阳性细胞数均显著高于家域释放组和不熟悉区域释放组；而在Poa中，不熟悉区域释放组的pS6阳性细胞数显著低于家域释放组和熟悉区域释放组。由此可见，真正与“熟悉环境中的归家定向挑战”相联系的，并非单一脑区，而是一个涵盖苍白膜与苍白膜下结构的广泛神经网络。
讨论部分围绕行为模式、Mp功能解释及更广泛脑网络的意义展开。研究首先指出，个体在前两小时内表现出的差异性反应表明，蛙能够有效区分家域、家域周边熟悉环境与陌生环境。熟悉异地释放组的静止、短距离移动以及高处停栖行为，符合此前关于该物种归家前“潜伏定向阶段”的描述，说明研究所采样的确是导航启动的关键窗口。家域释放组低移动水平则支持其能够立即识别领地；陌生环境释放组更高的移动性以及部分个体“逃跑或躲藏”的极端反应，则暗示陌生环境可能构成应激源。
关于Mp，研究结论与原始预测不完全一致。Mp作为两栖动物中被认为与哺乳动物海马同源的脑区，在先前迷宫、空间学习和野外归家研究中被认为与空间行为相关。但本研究并未观察到其对导航任务的明显选择性反应。研究人员据此指出，在自然环境中，复杂而多源的感官输入、样本量限制以及对照组也可能接受一定声学地点信息，均可能削弱Mp的情境特异信号。不过，在控制行为后，熟悉环境归家定向组Mp活性仍高于另外两组，提示Mp并非不参与该过程，而是其作用可能更依赖具体行为阶段。与研究采集“接近家域”阶段脑组织的蟾蜍野外研究不同，本研究聚焦的是“初始定向与信息整合”阶段，因此不同时间窗内神经响应模式存在差异是重要解释。
对于Dp与Lp，研究结果提供了更强支持。两者在熟悉环境中的定向任务中显示出更高活性，说明当可利用熟悉线索时，这些区域可能承担关键的感觉—认知整合作用。文中指出，两栖动物Dp、Lp与哺乳动物一般皮层、梨状皮层、内嗅皮层或下托（subiculum）之间的同源关系尚有争议，但功能层面上，它们被普遍视为整合—联想性边缘区。结合既往视觉线索整合及野外长距离导航研究，作者认为Lp和Dp可能并不局限于单一感觉模态，而是参与视觉、嗅觉、声学乃至磁感信息的综合处理，这一点尤其契合野外导航的多线索特征。
对于Str、Sep与Poa，结果同样提示两栖动物导航并非简单复制哺乳动物模式。研究原本预期陌生环境探索会增强Str和Sep活动，因为在哺乳动物中这类区域常与路径整合和自我中心线索利用有关。然而实际结果显示，熟悉环境定向组的Str和Sep活性更高，说明这些脑区在两栖动物中可能参与的是更广义的导航相关整合，而非仅限于陌生环境探索。Poa则在家域释放组中活性最高，且陌生环境组最低，这一模式与Poa调节领地性、社会行为及亲代照护的既有认识相一致。由于本研究对象为具有领地性的雄蛙，且该物种雄性承担主要育幼职责，因此Poa在家域情境中的增强活动具有明确的行为学背景。
结论部分可译述如下：总体而言，野生箭毒蛙会对环境熟悉性作出选择性反应，并且当其在熟悉环境中面临空间定向挑战时，大多数被测量的苍白膜与苍白膜下脑区均表现出更高的活化水平。与预期不同，所得特异性活化模式并未揭示内侧苍白膜在该导航任务中的单独选择性作用，而较突出的反应出现在背侧和侧苍白膜。总体上，结果表明内侧、背侧和侧苍白膜以及纹状体、隔区的活动均与两栖动物在野外的空间行为相关。尽管关于两栖动物空间认知的研究仍然稀少，野外脊椎动物研究也受到样本量有限与环境噪声较大的限制，而且相关脑区的同源关系尚未完全厘清，但本研究进一步证明，两栖动物是开展野外神经行为学研究的可行体系，实验操控能够诱发一致且可测量的行为与神经反应。本研究为理解两栖动物空间认知，尤其是自然环境中空间认知的神经和感觉基础，提供了重要切入点。
