大鼠对超声发声的广泛反应与选择性反应之间的发育差异：杏仁核与伏隔核活动的参与

《Behavioural Brain Research》：Developmental differences in broad versus selective approach responses to ultrasonic vocalizations in rats: involvement of amygdala and nucleus accumbens activity

　　

摘要

老鼠会发出超声声波，这类声波可作为情感和社交方面的信号。在成年老鼠中，50千赫兹的超声声波与愉悦状态相关，而22千赫兹的超声声波则与厌恶或防御反应相关。不过，受体对这些声音的反应在发育过程中的变化仍不明确。本研究比较了幼年及成年雄性老鼠在听到50千赫兹、22千赫兹超声声波或对照声音时的接近行为以及c-Fos基因的表达情况。每只老鼠被分配到一种声音播放条件，在行为测试后会进行c-Fos免疫组化检测。声音播放条件显著影响了老鼠的接近时间。成年老鼠对50千赫兹超声声波表现出选择性接近，其接近时间比面对22千赫兹超声声波或对照声音时更长。而幼年老鼠在两种超声声波条件下的接近时间差异较小。直接比较不同年龄组的结果显示，成年老鼠接近22千赫兹超声声波的频率低于幼年老鼠。超声声波的播放增加了多个与情感和奖励相关的脑区的c-Fos表达，这些区域包括无颗粒岛叶皮层、前扣带皮层、伏隔核核心以及基底外侧杏仁核。在听到50千赫兹超声声波后，成年老鼠在伏隔核核心和基底外侧杏仁核中的c-Fos表达水平高于幼年老鼠。此外，伏隔核核心和中央杏仁核中的c-Fos表达与老鼠的接近行为呈正相关。这些研究结果表明，对超声声波的反应涉及分布式的感觉-情感处理机制，且在听到50千赫兹超声声波后，与奖励和情感相关的脑区会以成年老鼠为主的模式被激活。

引言

老鼠在社交场合会发出超声声波，这类声波被认为是同种间交流中的重要情感和社交信号[1]。在成年老鼠中，超声声波主要分为两类：22千赫兹和50千赫兹的超声声波。22千赫兹的超声声波与厌恶情境、焦虑、恐惧、防御反应以及社交失败相关，而50千赫兹的超声声波则与玩耍、奖励、社交互动以及积极的情感状态相关[1]、[2]、[3]。无论是22千赫兹还是50千赫兹的超声声波，不仅能反映发送者的情感状态，还能影响接收者的行为。播放实验表明，老鼠的超声声波能以不同类型的方式调节接收者的行为。播放50千赫兹的超声声波会促进老鼠的活跃行为并使其向声源靠近，而播放22千赫兹的超声声波则会抑制老鼠的活动，减少其对声源的探索行为，并引发类似防御或回避的反应[4]、[5]、[6]、[7]。除了这些即时的行为效应外，Saito等人[8]还发现，播放50千赫兹和22千赫兹的超声声波会不同程度地影响接收者对奖励和惩罚的预期，这说明超声声波可作为社交场合中传递不同预期结果的信号。

不过，对超声声波的行为反应是否会随发育阶段和社会经验的不同而变化目前尚不清楚。尤其是即使达到性成熟后，社交行为和社会信息处理能力可能仍会继续发展[9]。在此，我们将处于这一年轻、社交能力正在发展阶段的老鼠称为“幼年老鼠”，而更成熟的老鼠则称为“成年老鼠”。基于这一框架，我们推测幼年老鼠对同种的声音信号会表现出相对广泛的接近反应，也就是说，它们对超声声波所携带的情感意义的选择性较低。相比之下，成年老鼠则应表现出更具选择性的行为反应，即更倾向于接近50千赫兹的超声声波，而非22千赫兹的超声声波或对照声音。

对超声声波的行为反应很可能涉及与情感显著性、与奖励相关的动机以及社交调节相关的多个神经系统。杏仁核、岛叶皮层以及前扣带皮层等区域被认为参与了对具有情感和社会意义的感官信号的检测与整合[10]、[11]、[12]、[13]。包括伏隔核和腹侧被盖区在内的与奖励相关的区域，则被认为会促使老鼠主动接近具有社交意义的刺激物[14]。此外，下丘脑室旁核中的催产素系统也参与社交行为，能够调节社交奖励功能[15]、[16]。

在神经层面，c-Fos是一种快速早期基因产物，常被用作判断神经元近期是否被激活的标志物，已被用于确定超声声波播放时哪些脑区会被激活[17]、[18]。此前的c-Fos定位研究显示，播放22千赫兹和50千赫兹的超声声波会在听觉通路之外的多个脑区引发不同的神经元激活，这些脑区包括听觉系统、边缘系统、前脑、下丘脑以及脑干区域[19]、[20]。最新的研究进一步表明，超声声波的播放不仅会影响老鼠的行为，还会改变与情感相关的脑区中的c-Fos表达水平[21]。这些研究结果为利用c-Fos表达来研究超声声波引发的接收者反应背后的神经活动提供了依据。

在本研究中，我们比较了幼年及成年老鼠对50千赫兹和22千赫兹超声声波播放后的行为反应和神经反应。我们还使用了缺乏老鼠超声声波典型声学结构的对照声音，以判断这些反应是否仅由同种的声音信号引发。我们测量了老鼠向声音源的接近行为，并量化了多个脑区中的c-Fos表达水平。我们旨在探究：在幼年老鼠身上，对超声声波的接收者反应表现为对同种声音信号的广泛反应，而在成年老鼠身上则表现为对50千赫兹超声声波的更具选择性的接近反应。此外，我们还想弄清楚与情感处理以及与奖励或动机相关的脑区中的神经活动，是如何与老鼠对超声声波的行为反应的发育差异相关联的。

章节节选

实验动物

共有6只雄性斯普拉格-道利鼠（来自日本静冈的Japan SLC公司）被用于超声声波的录制。这些老鼠的年龄均超过3个月。

在行为实验以及神经活动比较实验中，我们又使用了另外36只雄性斯普拉格-道利鼠（来自日本东京的Sankyo Labo Service Corporation）。所有老鼠在购买时的年龄均为6周大。到达实验动物设施后，它们被成对饲养，每笼两只。这种成对饲养方式

播放条件对接近行为的影响

每只老鼠都被分配到三种播放条件之一（50千赫兹超声声波、22千赫兹超声声波或对照声音），每种条件下的声音会重复播放四次。我们在每个播放阶段分别测量老鼠进入发声区域的平均时间（见图3a）。从数据来看，成年老鼠在第一次播放50千赫兹超声声波时，其平均接近时间最长，而幼年老鼠在不同播放阶段和不同条件下的接近时间则表现出不规律性。这些分阶段的数据

讨论

本研究探讨了老鼠对超声声波播放后的行为反应和神经反应在发育过程中的差异。由于c-Fos被广泛用作判断神经元近期是否被激活的指标[17]、[18]，因此我们将观察到的c-Fos表达模式视为反映了在听觉处理过程及由此产生的行为反应中参与活动的神经群体。

从行为表现来看，播放条件显著影响了老鼠的接近时间。尽管年龄组与播放条件的

伦理声明

所有动物实验都获得了帝京大学动物伦理委员会（批准编号21-035）以及东京大学动物实验委员会和生物科学委员会的批准（批准编号27-8）。所有实验均按照帝京大学和东京大学的动物实验相关规定进行。本研究也遵循ARRIVE指南的要求开展。

未引用参考文献

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资金支持

本研究得到了日本文部科学省/日本学术振兴会的创新领域科学研究资助项目#4903（演化语言学，项目编号JP17H06380）、日本学术振兴会的研究员资助项目（项目编号JP18J13784）、日本学术振兴会的科学研究资助项目（S类，项目编号JP23H05428）以及日本学术振兴会的青年科学家资助项目（项目编号JP25K17215）的支持。这些资金提供方并未对本研究的设计、数据收集、分析、数据解读以及论文撰写等工作施加任何影响。

CRediT作者贡献说明

奥卡诺雅一男：写作——审稿与编辑、验证、监督、项目管理、研究实施、资金获取。斋藤由美：写作——初稿撰写、可视化、验证、软件使用、资源协调、方法设计、资金获取、正式分析、数据整理、概念构建。

关于写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本论文的过程中，作者们使用了ChatGPT来协助英文润色并提升手稿的可读性。在使用该工具之后，作者们对内容进行了必要的审核和修改，并对最终发表文章的内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文所述研究的已知财务利益或个人关系。

斋藤由美|奥卡诺雅一男

日本东京都目黑区驹场3-8-1，东京大学文理研究生院生命科学系