康奈尔大学的神经科学家已经发现了一组中脑神经元，这些神经元对老鼠发出的社交声音至关重要，但对它们在痛苦时发出的吱吱声却没有作用。
研究结果表明，在老鼠和其他动物中，不同的中脑神经元群控制着不同类型的发声，而不是单一的多任务处理集合。
更好地了解大脑是如何组织起来控制发声的，包括人类的语言，可以揭示遗传疾病或疾病是如何破坏这些神经回路的，并改善治疗方法。
“声音交流是我们人类经验的核心，也是动物社会成功的基础，”凯瑟琳·奇达(Katherine Tschida)说，她是1980年玛丽·阿姆斯特朗·梅杜斯基心理学系助理教授，艺术与科学学院。“我们开始以详细的方式揭示不同的神经元群体如何影响我们声音行为的特定方面。”
Tschida是1月31日发表在《当代生物学》杂志上的《中脑神经元对产生小鼠超声波发声很重要，但不需要发出求救信号》的通讯作者。第一作者Patryk Ziobro是心理学领域的博士生，合著者Yena Woo和Zichen He是Tschida实验室的现任和前任成员。
几十年来，科学家们已经知道，中脑中有一部分被称为导水管周围灰质(PAG)，它对声音的产生至关重要，声音可能包括猫的喵喵声或嘶嘶声，一个人的笑或哭，或者我们讲话的情感内容。Tschida说，这些知识仍然停留在区域层面，没有能力选择性地操纵负责发声的神经元。
老鼠主要通过两种方式进行交流:一种是人类在经历痛苦或恐惧时发出的吱吱声;以及在求爱和其他社会互动中使用的高频超声波(usv)。2019年，tschida领导的一个研究小组报告说，破坏一组特定的PAG神经元会使雄性的超声波交流变得沉默，这引发了一个问题，即这些神经元是否可能控制其他情况下的发声。
这项新研究复制了早期在男性身上的发现，并将其扩展到女性身上。缺乏研究人员标记的PAG-USV神经元，老鼠仍然可以参与社交和求爱活动，但这样做是无声的。
然后，研究小组开始研究这些神经元的缺失是否也限制了老鼠的吱吱声能力。在研究对象的脚上施加轻微的电击——足以引起吱吱声，但不会造成身体伤害——研究人员发现求救信号没有受到影响。
“你可以在不干扰另一种发声的情况下消除一种发声，这一事实非常清楚地证明，大脑中一定有不同的神经元调节这两种发声交流，”Tschida说。
Tschida说，在包括人类在内的拥有更丰富声音库的动物身上，情况可能会更复杂。但这项研究似乎排除了一些简单的模型，这些模型表明，一群神经元在背后操纵着这一切。
Tschida说，这是朝着建立一个更详细的机制图迈出的一步，它解释了特定的PAG神经元是如何起作用的，以及与后脑下游神经元的相互作用是如何让动物在正确的时间以正确的方式发声的。而且，研究人员说，这是朝着理解为什么神经和神经发育障碍会损害发声迈出的一步。
Tschida说:“在与运动控制更相关的情况下，我们并不清楚是什么导致人们在发展和调节语言方面有困难。”“对大脑如何产生发声有了基本的了解，可以帮助我们理解什么时候出了问题，它是如何出问题的?”
有趣的是，Tschida说，这项研究还表明，在老鼠身上，不同的神经元负责传递积极和消极情绪状态的声音，这可能是另一条研究途径。在正在进行的工作中，研究小组希望确定调节吱吱声产生的神经元。
“知道usv和吱吱声有不同的神经元群，开启了一套全新的实验，深入研究这些发声的神经机制，”Ziobro说。“我期待着接下来的步骤。”
