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有节奏的神经信号可以确定蝙蝠发出的声音

蝙蝠因其基于声纳的导航而闻名。他们利用极其灵敏的听力进行定向,发出超声波噪声并根据回声接收周围的图像。例如,Seba的短尾蝙蝠(Carollia perspicillata)使用这种回声定位系统找到了作为其首选食物的水果。同时,蝙蝠还使用声音在更深的频率范围内与物种的其他成员进行交流。Seba的短尾蝙蝠为此使用了声带,否则只能在鸣禽和人类中发现。像人类一样,它们通过喉部发出声音。

歌德大学细胞生物学和神经科学研究所的神经科学家Julio C. Hechavarria和他的团队一起研究了Seba短尾蝙蝠发声之前的大脑活动。科学家们能够识别出一组神经细胞,这些神经细胞在额叶到大脑内部的纹状体之间形成电路。当此神经回路发出有节奏的信号时,蝙蝠大约半秒钟后发出发声。节奏的类型似乎决定着蝙蝠是要发出回声还是发出声音。

由于几乎不可能在半秒内做出预测,因此法兰克福研究人员训练了一台计算机来检验其假设:该计算机分别分析记录的声音和神经节律,并尝试使用各种节律进行预后。结果:在回声定位与通信声音之间的预测中,计算机在大约80%的时间内都是正确的。考虑到额叶的信号时,预测尤其准确,额叶是人类与行动计划相关的区域,还有其他功能。

法兰克福的科学家认为,他们在蝙蝠脑中观察到的节律与人类头皮经常记录的神经节律相似,并得出结论说,脑节律通常与哺乳动物的声音产生有关。

朱利奥·赫恰瓦里亚(Julio Hechavarria):“ 50多年来,蝙蝠一直作为一种动物模型,用于研究大脑如何处理听觉刺激以及人类语言如何发展。我们首次能够展示蝙蝠中遥远的大脑区域如何相互交流。同时,我们知道,某些人的相应大脑网络会受到损害,例如由于帕金森氏症而结巴或因图雷特综合症而发出非自愿噪音的人,因此,我们希望继续研究声乐行为在蝙蝠中,我们可以为更好地了解这些人类疾病做出贡献。”

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