暴露于早期生命压力的大鼠幼崽隔离诱导超声波叫声的发育轨迹

《Behavioural Brain Research》:Developmental Trajectories of Isolation-Induced Ultrasonic Vocalizations in Rat Pups Exposed to Early Life Stress

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月13日 来源:Behavioural Brain Research 2.9

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   摘要啮齿类动物幼崽在离开巢穴时会发出超声波 vocalizations(USVs),这种交流信号能够引发母性照料行为。这些叫声被认为是一种隔离痛苦的标志,且叫声的发出会因早期的应激经历而发生急剧变化。然而,这些应激诱发的USV改变的选择性发育轨迹仍未知,可能对与社交功能障碍相

  

摘要

啮齿类动物幼崽在离开巢穴时会发出超声波 vocalizations(USVs),这种交流信号能够引发母性照料行为。这些叫声被认为是一种隔离痛苦的标志,且叫声的发出会因早期的应激经历而发生急剧变化。然而,这些应激诱发的USV改变的选择性发育轨迹仍未知,可能对与社交功能障碍相关的神经发育过程具有重要意义。在此,我们在Wistar大鼠幼崽(雄性和雌性)中采用了每天3小时的母鼠分离(MS)程序,并在出生后第2至14天(PND)之间每隔三天记录一次由隔离诱发的USV。我们观察到USV在数量和频谱-时间声学特征方面均发生系统性变化,包括频率、持续时间和时间发声模式的改变。对声学特征进行聚类分析后,发现在PND 8之后出现了两种USV类型:短促的高频叫声和高频调制叫声,同时还有此前出现的平坦低频叫声。MS在PND 8减少了USV的整体发声量,在PND 11选择性地减少并缩短了平坦低频叫声,在PND 14缩短了低频和高频叫声。MS还破坏了USV的时间组织结构,包括发声间隔和声段结构,且这种影响贯穿整个发育过程。与此相反,MS并未显著影响高频和高频调制叫声类型的发育出现与多样化。这些发现表明,在PND 8至11之间,大鼠幼崽的发声存在一个成熟过程,其特征是声学复杂性的快速增加和时间结构的改变,而早期生活中的应激则对特定叫声类别产生选择性的、时间特异性的影响,尤其减少了发声并缩短了平坦低频叫声。

引言

超声波 vocalizations(USVs)是啮齿类动物特有的具有交流和生理价值的信号[1], [2], [3], [4], [5]。幼鼠在断奶前阶段会发出USVs[2],通常是对隔离痛苦的反应[4], [6]。这些由隔离诱发的叫声能够引发母性照料行为,包括搜寻和找回被分离的幼崽[5], [7], [8]。幼鼠USV的发出率与幼崽的焦虑水平有关[9], [10],其表达受到早期生活应激[11], [12], [13]和药物治疗[14], [15], [16]的调节。早期发育阶段的USV模式与多种行为结果有关,包括条件性恐惧反应[17]、青春期的社交互动[13]和成年后的类焦虑行为[18]。鉴于早期USV模式与后续行为结果相关[17], [18],明确早期生活应激如何影响其出生后成熟过程,对于理解这些发声在应激相关神经发育中的作用至关重要[19]。研究早期生活应激如何影响哺乳动物物种间交流信号的成熟,可能有助于深入了解导致社交功能障碍和易患精神障碍的神经发育机制[20], [21], [22]。特别是,应激是广泛改变大鼠幼崽发声信号的发育进程,还是仅对特定声学特性产生选择性影响,目前仍不清楚。在此,我们追踪了Wistar大鼠在出生后两周内经历重复性母鼠分离(MS)应激后幼崽的USV。我们调查并表征了USV的各种特性,确定了沿发育轨迹出现的MS诱导的声学特征变化。
由隔离诱发的大鼠幼崽USV是动态的,并在早期出生后发育过程中呈现系统性变化。这些叫声并非均匀一致的,也不一定是反射性的,它们在声学和时间特征方面表现出有结构的改变,如频率、持续时间和频率调制,这些特征在不同的发育阶段出现[4], [23], [24], [25]。低频、长持续时间的叫声倾向于主导早期出生后阶段,而高频和频率调制的叫声则在发育后期出现[26],表明发声产生的复杂性不断增加。这些变化可能反映了参与发声运动控制的喉部、呼吸和神经系统的成熟[27], [28], [29]。啮齿类动物USV的时序和结构也可能与感觉系统的发展相一致,例如母鼠和幼崽的听觉调谐,这些感觉系统调节叫声的交流显著性和有效性[30], [31]。重要的是,USV的发育模式并非固定不变的;它受到母鼠照料、环境条件和早期生活应激等外部因素的影响[32]。即时的感觉(温度、嗅觉、触觉)体验调节USV的发出率[33], [34], [35],而实验操作,如母鼠分离或药物暴露,已被证明会改变啮齿类动物由隔离诱发的USV发出率、出现时间、频谱特征以及特定叫声类别的出现[11], [36], [37], [38], [39], [40]。虽然其中一些影响已以广泛的声学变化加以描述,但目前尚不清楚早期生活应激是干扰了幼崽USV亚型的成熟与多样化,还是在出生后发育期间仅对选择性声学参数产生影响。理解早期生活应激如何以及在何时影响幼崽USV的发育模式和结构特征——这些应激也与后续社交行为的改变[41], [42], [43]以及神经、认知和情感结果[44], [45], [46], [47], [48]相关——需要在出生后发育期间进行详细的声学和时间分析。
本研究调查了Wistar大鼠在出生后两周内经历重复性母鼠分离后,由隔离诱发的幼崽USV。我们旨在表征幼崽发声的规范性发育轨迹,并确定早期生活应激是否改变了该轨迹的特定组成部分。除评估USV的整体发出率和单次会话内的时间模式外,我们还考察了跨发育阶段的详细频谱-时间特征,分析了频率分布,并分别评估了在出生后第11天(PND)后出现的低频和高频叫声。最后,基于声学特征进行聚类分析[49],我们确定了三种不同的USV类型,以评估母鼠分离是否影响了特定叫声类别的出现或结构特征。

章节摘录

实验对象

妊娠Wistar大鼠在标准实验室条件下单独饲养(21±1°C,湿度40-60%,12:12光照/黑暗周期),食物和水自由摄入。灯光于08:00开启,所有操作均在白天进行。在分娩(PND 0)后,笼舍被随机分配至实验组和对照组。我们在对照组和MS组中分别测试了57只和51只幼崽(每组5窝,对照组窝数:9、11、12、12、13;MS窝

结果

USV录音和MS程序的时间线如图1A所示。在考察的发育期间(PND 2-14)的5个录音日内,我们共从108只动物中录制并分析了132,225个USV。这一大数据集使我们能够详细表征发育变化和应激诱导的发声行为调节。我们首先检查了幼崽性别是否影响关键指标,包括体重(补充图2A)、叫声数量(补充图2B)和平均

讨论

我们展示了大鼠幼崽由隔离诱发的USV在出生后两周内遵循一个有结构和动态的发育轨迹。在PND 2至14期间,我们观察到USV在数量和频谱-时间声学特征方面均发生系统性变化,包括频率、持续时间和时间发声模式的改变。不同叫声类型的出现遵循一致的发育模式。这些变化表明大鼠幼崽的发声存在一个成熟过程,

结论

由隔离诱发的啮齿类动物幼崽发声为心理社会和神经发育提供了一种具有转化相关性和可量化的指标。界定规范性发育轨迹并识别敏感的易损窗口,可能有助于弥合早期逆境的前临床模型与导致后续功能障碍的机制之间的联系。因此,早期发声中时间窗口和特征特异性的改变可作为回路成熟异常的早期标志。在此,我们证明

伦理审批

博加齐奇大学动物实验伦理委员会(批准号:2024-08)。

资金

本研究由授予GU的TüB?TAK资助支持(编号:224K875)。

作者贡献声明

Bahar Yuksel:撰写——初稿,调查,概念化。Cem Sevinc:撰写——初稿,调查,概念化。Gunes Unal:撰写——审阅与编辑,项目管理,概念化。Tuana Demirhan:调查,撰写——初稿。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

利益冲突声明

作者声明,他们没有已知的可能与本论文所报告工作相关的竞争性经济利益或个人关系。
Bahar Yuksel | Cem Sevinc | Tuana Demirhan | Gunes Unal
博加齐奇大学心理学系行为神经科学实验室,土耳其伊斯坦布尔,邮编34342
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