《Behavioural Brain Research》：Rapid inter-individual vocal interactions in freely behaving rats revealed by acoustic source localization
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摘要啮齿动物的超声波发声（USVs）已被广泛用作情绪状态的指标；然而，其在个体间快速时间交换中的作用在很大程度上仍未被探索，这主要是由于在自由社交互动中识别发声个体的技术限制。在这里，我们将声学源定位（USVCAM）与无标记多动物追踪相结合，以考察自由活动大鼠配对中发声互动的
摘要
啮齿动物的超声波发声（USVs）已被广泛用作情绪状态的指标；然而，其在个体间快速时间交换中的作用在很大程度上仍未被探索，这主要是由于在自由社交互动中识别发声个体的技术限制。在这里，我们将声学源定位（USVCAM）与无标记多动物追踪相结合，以考察自由活动大鼠配对中发声互动的时间结构。在三个发声量充足的配对中，个体间的发声间隔在约50–250 ms处呈现明显的峰值，表明个体之间存在快速的发声时间交换。为了检验这种模式是否可能源于独立的发声产生，我们基于经验观察到的个体内间隔进行了蒙特卡洛随机模拟。模拟分布未能重现经验峰值，反而在更短的间隔处呈现聚集，导致显著的分布差异。这些结果拒绝了独立发声产生的零假设，并表明所观察到的时间结构反映了一个个体的发声对另一个个体发声的影响。总之，这些发现扩展了啮齿动物USVs的潜在应用，除了其作为情绪指标的传统用途之外，通过提供个体间快速发声交换的原理验证以及可操作的实验框架，用于研究社交发声交流的时间动态。
引言
大鼠（Rattus norvegicus）在社交互动中产生超声波发声（USVs），这些信号已被广泛研究作为情绪状态的指标。特别是，22 kHz和50 kHz的叫声分别与负向和正向情绪情境相关，并被广泛用于社交行为、动机和神经精神病模型的研究报告中 [20], [3], [4]。虽然这种情绪框架非常有成效，但它主要将USVs视为反映个体内部状态的输出，而非个体间时间结构化互动的组成部分。
一个主要障碍是在自由社交互动中识别哪个个体产生了每种发声的难度。啮齿动物USVs缺乏清晰的外部视觉相关物，如嘴部运动，而仅凭声学特征通常不足以可靠地识别个体。因此，大多数先前的研究要么关注单只动物，要么关注群体层面的测量，使得个体间发声交换的精细时间结构在很大程度上仍未被探索，特别是在亚秒时间尺度上 [19], [3]。
在许多交流系统中，个体间的发声时机承载着关键信息。在人类中，对话的轮流接话具有亚秒时间组织特征，响应延迟通常聚集在约200 ms左右 [14]。在一系列动物物种中也报道了类似的时间协调发声交换形式 [1], [12]。值得注意的是，在啮齿动物中，裸鼹鼠（Heterocephalus glaber）被证明会产生交替发声，其叫间隔在0.2–0.4?秒左右呈现峰值 [21], [22]。
然而，这些证据大多是在受限或半控制条件下获得的，而在自由活动个体之间的自发性互动中是否发生类似的快速发声交换仍不清楚。此外，先前的研究并未直接检验观察到的个体间时间模式是否能够与独立的发声产生过程区分开来。
最近的方法学进展提供了克服这些限制的机会。声学源定位系统，如USVCAM，能够估计发声位置 [10]，而像DeepLabCut和idtracker.ai这样的多动物追踪方法允许在没有物理标记的情况下同时追踪自由活动的个体 [11], [18], [8]。通过整合这些方法，现在可以将来声分配给个体，并分析他们在自由社交互动中发声输出之间的时间关系。
在本研究中，我们应用了这一结合框架，以考察自由活动大鼠配对中超声波发声互动的时间结构。我们特别关注个体间发声间隔，以检验发声时机反映的是独立产生还是一个个体的发声对另一个个体发声的影响。我们报告了在亚秒时间尺度上个体间快速发声互动的原理验证观察，并提供了用于分析啮齿动物超声波交流中此类时间结构的定量框架。
章节摘要
方法
实验在两个数据收集期间进行。在第一期间，观察到清晰的快速个体间发声交换；然而，这些数据仅来自一对动物。因此，在第二期间，我们检验了在第一期间使用过的不同一组动物中是否也能观察到类似的快速发声交换。除实验对象外，两个期间的实验程序完全相同。
发声检测与分配概述
在所有配对中均检测到超声波发声，但确定地分配到个体间的间隔数量在各对之间差异显著。表1报告了一个配对级别的汇总表，包括检测到的USV总数，已分配和未分配的USV数量及百分比，分配给每个个体的叫声数量，以及个体内和个体间的间隔数量。第1对产生了87个确定地分配的个体间间隔，其中81个显示在图中。
讨论
在本研究中，我们使用声学源定位与多动物追踪相结合的方法，考察了自由活动大鼠配对中超声波发声互动的时间结构。我们报告了一项原理验证观察，即个体间发声间隔可在约50–250?毫?秒处呈现明显峰值，且这种时间结构无法由独立的发声产生过程解释。
一项关键发现是，观察到的个体间间隔
伦理声明
本研究按照ARRIVE（动物研究：活体实验报告）指南进行。本研究经帝京大学动物伦理委员会批准。（批准编号：21-035）
资金
本工作由日本学術振興会（JSPS）KAKENHI资助项目（编号23H05428，授予KO）和JSPS青年科学家研究资助项目（编号24KJ0124，授予MK）支持。
CRediT作者贡献声明
冈野和男（Kazuo Okanoya）：撰写 – 审阅与编辑、验证、监督、软件、资源、项目管理、方法学、获取资金、概念构思。迫田志生（Shiomi Hakataya）：撰写 – 审阅与编辑、软件、方法学、形式分析。镰谷美纪（Miki Kamatani）：撰写 – 审阅与编辑、撰写 – 初稿、可视化、软件、方法学、调查、获取资金、形式分析、数据整理、概念构思。山本真也（Shinya Yamamoto）：撰写 – 审阅与编辑，
Miki Kamatani|Shiomi Hakataya|Genta Toya|Shinya Yamamoto|Kazuo Okanoya
