成年雄性斑胸草雀前腦與中腦對(duì)習(xí)得性發(fā)聲控制的側(cè)別差異

曾賢燕, 李東風(fēng)

華南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 廣東省高等學(xué)校生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510631

成年雄性斑胸草雀的習(xí)得性發(fā)聲包括長(zhǎng)鳴和鳴唱, 長(zhǎng)鳴具有性別二態(tài)性, 鳴唱?jiǎng)t為雄性特有(Simpson & Vicario, 1990), 兩者都是由前腦高級(jí)發(fā)聲中樞控制產(chǎn)生。

雄鳥在幼齡期通過模仿和聽覺反饋獲得習(xí)得性發(fā)聲(Brainard & Doupe, 2002; Funabiki &Funabiki, 2009)。鳴禽腦內(nèi)離散核團(tuán)和它們之間的連接形成了發(fā)聲神經(jīng)控制系統(tǒng), 與非鳴禽不同的是，其前腦內(nèi)有較多且功能復(fù)雜的發(fā)聲核團(tuán)。習(xí)得性發(fā)聲信號(hào)由前腦高級(jí)發(fā)聲中樞 (high vocal center,HVC)啟動(dòng), 隨后或直接下行至前腦的弓狀皮質(zhì)櫟核(robust nucleus of the arcopallium, RA), 此通路稱發(fā)聲運(yùn)動(dòng)通路(vocal motor pathway, VMP); 或途經(jīng)前端腦環(huán)路(其中包括基底神經(jīng)節(jié)的X區(qū)“X area”、丘腦背外側(cè)核“medial portion of the dorsolateral nucleus, DLM”和新紋狀體前部巨細(xì)胞核外側(cè)部“l(fā)ateral magnocellular nucleus of the anterior neostriatum, LMAN”, 后再行至RA, 此通路稱前端腦通路(anterior forebrain pathway, AFP)(Doupe et al,2005; Nottebohm, 2005; Doupe et al, 2004; Troyer &Bottjer, 2001)。RA作為發(fā)聲控制通路中前腦的最后一級(jí)輸出核團(tuán), 其整合了來自 HVC和前端腦環(huán)路的控制信號(hào), 繼續(xù)發(fā)出指令引導(dǎo)下游核團(tuán)完成發(fā)聲控制, 是發(fā)聲控制系統(tǒng)中高級(jí)中樞與低級(jí)中樞的分界點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn), 雌性鳴禽的 RA核團(tuán)極度萎縮(Nottebohm & Arnold, 1976; Li et al, 1992)且不與中腦基本發(fā)聲中樞形成突觸連接(Fukushima & Aoki,2002), 以致雌性鳴禽不善唱; 雄性鳴禽的RA核團(tuán)的體積為雌性的數(shù)倍, 若損毀兩側(cè)RA則令雄性長(zhǎng)鳴喪失習(xí)得性成分, 與雌鳥的長(zhǎng)鳴相似, 這足以說明 RA在雄性鳴禽習(xí)得性發(fā)聲中的重要作用。Vicario et al (2001)報(bào)道, 雄性特異性的長(zhǎng)鳴需要有完整的RA結(jié)構(gòu), 當(dāng)兩側(cè)RA被損后, 雄鳥的長(zhǎng)鳴不僅失去原來的特征, 其對(duì)聲音刺激的反應(yīng)也與正常雄鳥不同, 而與雌鳥的類似, 所以 Vicario et al(2001)認(rèn)為雄鳥的 RA核團(tuán)是控制發(fā)聲行為的性別差異性的關(guān)鍵核團(tuán)。丘間復(fù)合體背內(nèi)側(cè)核(dorsomedial nucleus of the intercollicular complex,DM)位于中腦丘間核(nucleus intercollicularis, Ico)內(nèi), 是鳥類最基本的發(fā)聲中樞(Gurney, 1980;Kojima & Aoki, 2003), 可以不依賴于前腦直接控制簡(jiǎn)單發(fā)聲, 在雄性鳴禽中, DM核團(tuán)接受RA投射神經(jīng)元的信息輸入, 是習(xí)得性發(fā)聲信號(hào)位于中腦的重要中間站, 其發(fā)出神經(jīng)投射至位于延髓的舌下神經(jīng)氣管鳴管亞核(nⅫts), 完成發(fā)聲控制。Fukushima &Aoki (2002)報(bào)道, 刺激兩性鳴禽DM核團(tuán)能誘發(fā)出類似長(zhǎng)鳴的鳴叫, 鳴叫的時(shí)程變化與刺激的脈沖數(shù)相關(guān), 鳴叫的頻率變化(只有雄鳥才有)與刺激的脈沖頻率有關(guān), 因此, 雄鳥 DM 由于接受了來自 RA的突觸輸入也是個(gè)具有性別差異的發(fā)聲核團(tuán)。

本研究為探討成年雄性鳴禽前腦與中腦對(duì)習(xí)得性發(fā)聲的影響, 采用電損毀與聲譜分析相結(jié)合的方法, 依次電損毀成年雄性斑胸草雀單側(cè) RA與DM核團(tuán)并采集兩次手術(shù)前后的長(zhǎng)鳴和鳴唱。使用聲音分析軟件對(duì)收集到的長(zhǎng)鳴和鳴曲進(jìn)行處理和分析, 通過分析習(xí)得性發(fā)聲的變異情況來推測(cè)核團(tuán)的控聲機(jī)理。單側(cè)損毀控聲核團(tuán)的方法既能分析腦內(nèi)發(fā)聲信號(hào)控制模式又避免了動(dòng)物失音。

1 材料方法

選用健康成年雄性斑胸草雀(Taeniopygia guttata)25只，年齡＞90 d，體重12～15 g。購(gòu)于廣州花地灣花鳥蟲魚市場(chǎng)，并在華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院動(dòng)物房飼養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用符合國(guó)家和學(xué)校動(dòng)物倫理委員會(huì)規(guī)定并遵守國(guó)際慣例。

1.1 實(shí)驗(yàn)流程

(1) 采集正常狀態(tài)下的成年雄性習(xí)得性聲音(pre-operation, Pre); (2) 第一次損毀手術(shù)，電損毀單側(cè) RA核團(tuán); (3) 1—2天后采集第一次術(shù)后聲音(post- operation 1, Post 1; (4) 間隔5—7天，第二次損毀手術(shù)電損毀同側(cè)DM核團(tuán); (5) 1—2天后采集第二次術(shù)后聲音(post-operation 2, Post2); (6) 組織學(xué)檢驗(yàn)。

1.2 聲音采集及分析

將單只雄鳥置于測(cè)聽室內(nèi), 定向話筒靠近籠壁,距離鳥～25 cm, 每天錄音1.5 h, 連續(xù)錄音3 d, 采樣頻率為44 100 Hz, 單聲道, 16位分辨率, 取得正常狀態(tài)下、手術(shù)后的聲音樣本, 數(shù)字化信息保存為*.wav文件。使用Cool Edit 2000軟件對(duì)鳥鳴進(jìn)行錄制和篩選, 讀取高端頻率(high frequency, HF);Wavesurfer聲音分析軟件繪制語(yǔ)圖、波形圖, 讀出基頻(fundamental frequency, FF)(Li & Geng, 2005);SAP聲音分析軟件(Version1.02)Explore & Score界面下進(jìn)行語(yǔ)圖分析, 讀出時(shí)程(duration)、音高(pitch)、調(diào)頻(frequency modulation, FM)及振幅(amplitude)等值。此外, SAP軟件支持聲音比對(duì)分析,即將兩組聲音輸入該軟件能得出這兩組聲音在形態(tài)結(jié)構(gòu)等綜合因素上的相似值(Tchernichovski et al,2000)。采集的聲譜圖、時(shí)間波形圖等用 Photoshop軟件(Version7.0.1)排版作圖。利用 SPSS軟件(Version 11.5)進(jìn)行組內(nèi)單因素方差分析(ANOVA)。數(shù)據(jù)用均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示。t-test計(jì)算差異顯著性, P＜0.05顯著性差異, P＜0.01差異極顯著。利用Origin軟件(Version 8.0)繪制統(tǒng)計(jì)圖。

1.3 腦內(nèi)核團(tuán)電損毀

動(dòng)物麻醉, 胸大肌注射～0.03 mL10%水合氯醛, 數(shù)分鐘后動(dòng)物進(jìn)入麻醉狀態(tài), 剪去頭頂及耳孔處毛。在立體定位儀上固定頭部, 兩耳桿伸入耳孔抵著耳前骨, 喙桿上固定喙, 使頭部向下傾斜 45°,頭部固定完畢。剪開頭皮暴露顱骨, 可見人字縫,將人字縫交點(diǎn)處作為零點(diǎn), 依據(jù)斑胸草雀腦圖譜(Nixdorf-Bergweiler & Bischof, 2007)定位核團(tuán), 用尖頭鑷子在顱骨上開直徑～1 mm 小孔, 揭開腦膜后, 自電極尖端接觸腦表面算起, 下電極至坐標(biāo)深度, 打開刺激器開關(guān), 先調(diào)至脈沖輸出模式, 后調(diào)至恒流電模式1 mA, 10 s, 完成損毀, 抽離電極, 止血封閉傷口。

1.4 灌流取腦制片

動(dòng)物麻醉, 胸大肌注射～0.05 mL 10%水合氯醛; 仰臥固定于手術(shù)板, 剪去頸部毛, 剪開頸部皮膚, 暴露頸總動(dòng)脈, 分離頸部?jī)蓚?cè)大靜脈。先用0.75%生理鹽水頸動(dòng)脈灌注5 min, 再換4%多聚甲醛固定液灌注約30 min, 剝?nèi)ワB骨取全腦浸泡在多聚甲醛固定液中固定24 h, 換30%蔗糖溶液浸泡至標(biāo)本沉底。使用冰凍切片機(jī)將鳥腦冠狀切片, 片厚40 μm, Nissl染色后中性樹脂封片, 鏡檢。

2 結(jié) 果

2.1 損毀右側(cè)核團(tuán)對(duì)雄性長(zhǎng)鳴造成顯著影響

正常狀態(tài)下雄性斑胸草雀長(zhǎng)鳴頻率范圍500～20 000 Hz, 基頻穩(wěn)定, 諧波清晰, 最強(qiáng)能量帶在3 000～6 000 Hz之間; 富含快速調(diào)頻特性, 即聲音頻率在極短時(shí)間內(nèi)(15～50 ms)快速上升, 后緩慢下降, 聲音婉轉(zhuǎn)動(dòng)聽(圖1左)。該聲音在地面可傳播100 m, 故亦稱長(zhǎng)距離鳴叫(distance call)。

圖1 右側(cè)實(shí)驗(yàn)組3個(gè)階段長(zhǎng)鳴語(yǔ)圖Figure 1 Sonogram of male’s long call of right sideexperimental group at three stages左圖：對(duì)照; 中圖：損毀右側(cè)RA后的長(zhǎng)鳴; 右圖：再損毀右側(cè)DM后的長(zhǎng)鳴。Left: control; Middle: right side RA lesion; Right: right side DM lesion following RA lesion.

圖2 右側(cè)損毀組3個(gè)階段長(zhǎng)鳴的量化分析 (n=5例)Figure 2 Quantification of long call in adult male zebra finches (n=5) at three stages with lesions on right sidePre(白)：手術(shù)前; Post1(淺灰)：第一次手術(shù)后; Post2(深灰)：第二次手術(shù)后。圖A：手術(shù)前后鳴叫時(shí)程的差異, 右側(cè)RA損毀后鳴叫時(shí)程延長(zhǎng)了1.1倍, 而接著右側(cè)DM損毀后鳴叫時(shí)程又延長(zhǎng)了0.9倍, 兩次手術(shù)共使長(zhǎng)鳴時(shí)程延長(zhǎng)了1.2倍。圖B：手術(shù)前后鳴叫音高的差異, 右側(cè)RA損毀后, 長(zhǎng)鳴音高下降了37%, 但DM損毀后音高沒有再出現(xiàn)明顯變化。圖C：手術(shù)前后調(diào)頻的差異, RA損毀后調(diào)頻值下降了40%, 接著DM損毀后該值再次下降了31.9%。圖D：手術(shù)前后振幅的變化存在個(gè)體差異性。Pre: preoperation (white), Post1: postoperation1(light gray), Post2: postoperation2 (dark gray). A: Differences in call duration before and after operations. 1.1 times elongation after RA was destroyed and 0.9 times elongation after DM was destroyed, the total elongation of both operations was 1.2 times compared with the control. B: Differences in pitch before and after operations. After RA was destroyed, long call pitch decreased 37%, but no more changes were observed after DM was destroyed. C: Differences in frequency modulation before and after operations. After RA was destroyed, the FM value decreased by 40%, with a further 31.9% decrease after DM was destroyed. D: Changes in amplitude before and after operation showed individual differences.

損毀右側(cè)RA核團(tuán)后, 長(zhǎng)鳴失去快速調(diào)頻特性,諧波變得平緩, 諧波條紋模糊; 主能量帶寬擴(kuò)大,界線不清; 時(shí)程出現(xiàn)顯著延長(zhǎng)(圖 1中)。將音頻數(shù)字化后分析, 發(fā)現(xiàn)各聲學(xué)參數(shù)與損毀前相對(duì)比均出現(xiàn)了顯著差異：鳴叫時(shí)程由165.39 ms (x)延長(zhǎng)至184.1927 ms (), 鳴叫時(shí)程延長(zhǎng)約1.1倍; 音高(音調(diào)) 由1 151.19 Hz (x) 降至728.5138 Hz (), 降幅為 37%, 聲色由高亢變低平; FM 值 (調(diào)頻指數(shù))由34.93(x)變至 20.9174(), 降幅為40%, 叫聲不再婉轉(zhuǎn); 振幅無明顯變化, 有個(gè)體差異性(圖2)。此時(shí)的長(zhǎng)鳴已不具有雄性長(zhǎng)鳴的特征, 與雌性非習(xí)得性長(zhǎng)鳴在時(shí)域和頻域上都十分相似。

RA損毀后1～2 d動(dòng)物已恢復(fù)常態(tài), 采集足夠聲音信號(hào), 5～7 d后進(jìn)行同側(cè)DM核團(tuán)的損毀。兩次術(shù)后, 從語(yǔ)圖上觀長(zhǎng)鳴的結(jié)構(gòu)與第一次術(shù)后的相比無明顯差異(圖 1右)。繼續(xù)發(fā)生變化的聲學(xué)參數(shù)有：長(zhǎng)鳴時(shí)程, 此時(shí)長(zhǎng)達(dá) 201.44 ms(), 長(zhǎng)鳴時(shí)程再次顯著延長(zhǎng) 9%, 兩次手術(shù)共使雄鳥的長(zhǎng)鳴延長(zhǎng)了1.2倍; 音高降為653 Hz (x), 與第一次術(shù)手相比下降 10%, 諧波模糊, 音色暗啞; FM 值降為14.2472(x), 第二次術(shù)后再次下降 31.9%, 聲音趨于恒頻(圖2)。

損毀右側(cè)RA核團(tuán)后長(zhǎng)鳴的聲學(xué)結(jié)構(gòu)與正常時(shí)的相比相似度僅為67%, 進(jìn)而右側(cè)DM核團(tuán)缺失后相似度與正常相比不到60%, 但與第一術(shù)后相比沒有明顯差異, 即第二術(shù)后叫聲結(jié)構(gòu)沒有再發(fā)生顯著變化(圖 3)。

2.2 損毀左側(cè)核團(tuán)未對(duì)雄性長(zhǎng)鳴造成影響

圖4為左側(cè)損毀組語(yǔ)圖。圖中由左到右分別是術(shù)前正常狀態(tài)下的雄性長(zhǎng)鳴、左側(cè)RA核團(tuán)電損毀后的長(zhǎng)鳴、左側(cè)DM核團(tuán)電損毀后的長(zhǎng)鳴。手術(shù)前后的聲音均未呈現(xiàn)明顯的變化, 無論是從諧波的走向、能量帶的分布還是時(shí)程上的特征。將各聲學(xué)參數(shù)提取出來進(jìn)行組內(nèi)單因素方差分析, 如表1所示,長(zhǎng)鳴的時(shí)程、音高(音調(diào))、FM、振幅 (響度) 在術(shù)前術(shù)后3個(gè)階段均未出現(xiàn)顯著性差異(P＞0.05)。

圖3 右側(cè)損毀組手術(shù)前后長(zhǎng)鳴結(jié)構(gòu)的相似度比較Figure 3 Similarity score of long call construction before andafter operations with lesions on right sidePre/Post1(白)：右側(cè)RA損毀后長(zhǎng)鳴的結(jié)構(gòu)與正常相比僅有67%的相似度；Pre/Post2(淺灰)：右側(cè)DM損毀后長(zhǎng)鳴的結(jié)構(gòu)與正常相比亦只有較低的相似性；Post1/Post2(深灰)：第一次術(shù)后與第二次術(shù)后長(zhǎng)鳴結(jié)構(gòu)相似度較高說明第二次損毀并未影響聲學(xué)結(jié)構(gòu)。Pre/Post1 (white): call construction after right side RA was destroyed had only 67% similarity compared with control. Pre/Post2 (light gray): low similarity compared with control after right side DM was destroyed.Post1/Post2 (dark gray): similarity of Post1 and Post2 was high, indicating that the second lesion operation did not affect the acoustic construction.

圖4 左側(cè)實(shí)驗(yàn)組長(zhǎng)鳴語(yǔ)圖Figure 4 Sonogram of male’s long call of left sideexperimental group at three stages左圖：對(duì)照; 中圖：損毀左側(cè)RA后的長(zhǎng)鳴; 右圖：再損毀左側(cè)DM的長(zhǎng)鳴。Left: control; Middle: left side RA lesion; Right: left side DM lesion following RA lesion.

表1 左側(cè)實(shí)驗(yàn)組3個(gè)階段長(zhǎng)鳴的聲學(xué)參數(shù)Table 1 Acoustic parameters of left side experimentalgroup’s long calls in three stages

2.3 右側(cè)核團(tuán)損毀造成鳴曲音節(jié)改變

鳴唱是雄性鳴禽特有的習(xí)得性發(fā)聲, 鳴曲中富含著習(xí)得性的社交意義。鳴曲是成串的聲音信號(hào),它由一至多個(gè)序幕音(i)引出的若干串由相同或不同音節(jié)(s)組成的短句構(gòu)成。

圖5 右側(cè)實(shí)驗(yàn)組鳴曲語(yǔ)圖Figure 5 Sonogram of lesioned right side experimental group in three stages上圖：對(duì)照; 中圖：右側(cè)RA損毀后鳴曲; 下圖：右側(cè)DM損毀后鳴曲(黑色箭頭指示快速調(diào)頻特性, 空心箭頭指向基頻)?！癷” 表示序幕音; “s” 表示音節(jié)。Top: Control song; Middle: Song with right side RA lesion; Bottom: Songwith right side DM lesion with prior ablation of ipsilateral RA (black arrow indicates fast frequency modulation, hollow arrows direct to the fundamental frequency.). i: introductory note; s: syllable.

分側(cè)損毀結(jié)果發(fā)現(xiàn)右側(cè)手術(shù)組的鳴曲出現(xiàn)顯著變化, 而左側(cè)則不明顯。圖5所顯示的是同一只進(jìn)行右側(cè)損毀的成年雄性斑胸草雀術(shù)前術(shù)后3個(gè)階段的曲鳴差異。圖 5的上圖為對(duì)照鳴曲; 中圖為右側(cè)RA損毀后的變形鳴曲; 下圖為右側(cè)DM損毀后的變異鳴曲。正常狀態(tài)下雄性的自鳴曲的序幕音(i) 一～多個(gè), 相同或不同的音節(jié)(s)尾隨其后成串地出現(xiàn), 每個(gè)音節(jié)間距緊密而穩(wěn)定, 相同的音節(jié)時(shí)程也相對(duì)固定, 單個(gè)音節(jié)內(nèi)富含復(fù)雜而有規(guī)律的頻率調(diào)制, 基頻和高頻都十分穩(wěn)定, 這些都是成熟鳴曲所具有的特征。損毀右側(cè)RA核團(tuán)后, 仍然可見成串的聲音信號(hào)發(fā)出, 即鳴曲的序列沒有受影響,但鳴曲內(nèi)的音節(jié)出現(xiàn)較大變化, 表現(xiàn)為時(shí)程顯著縮短; 結(jié)構(gòu)由原本復(fù)雜且有調(diào)頻變成簡(jiǎn)單得近似于恒頻, 且諧波模糊; 主能量帶拓寬且界限不清晰。對(duì)鳴曲中音節(jié)的基頻和高頻進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)當(dāng)右側(cè)RA損毀后基頻失去穩(wěn)定, 當(dāng)右側(cè) DM 損毀后基頻出現(xiàn)上移, 幅度為66%(圖6A); 相反, 當(dāng)右側(cè)RA損毀后, 音節(jié)頻率高端缺失 22%, 由原來的(20 282.82±261.56) Hz降至(15 859.67±402.52) Hz, 繼RA后損毀右側(cè) DM核團(tuán), 音節(jié)頻率高端再次下降12%, 降至(13 993.81±1 017.67) Hz, 兩次手術(shù)后音節(jié)頻率高端降幅達(dá)34%(圖6B)。

2.4 組織學(xué)檢驗(yàn)

采集完每個(gè)階段的聲音信號(hào)后(約兩周), 所有的實(shí)驗(yàn)鳥需經(jīng)灌流后取腦, 將腦切片后進(jìn)行尼氏染色, 檢驗(yàn)損毀位點(diǎn), 當(dāng)組織學(xué)與行為學(xué)結(jié)果一致時(shí)則判定為有效數(shù)據(jù)再進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。

圖6 右側(cè)損毀影響鳴曲音節(jié)基頻和高頻的穩(wěn)定性Figure 6 Changes in fundamental frequency and high frequencyof syllables before and after right side nuclei lesionA：術(shù)前基頻穩(wěn)定, RA被損后基頻變化不明顯, DM被損后基頻顯著上揚(yáng); B：術(shù)前高頻較高且穩(wěn)定, RA被損后高頻顯明下降, DM被損后高頻再次下降。A: fundamental frequency was steady before the operation, did not vary after RA was destroyed, but showed significant uptrend after DM lesion; B:before operation male birds had a steady and higher high frequency, which significantly descended after RA lesion and again after DM lesion.

3 討 論

斑胸草雀鳴唱行為呈性別二態(tài)性, 雄鳥通過幼齡期學(xué)習(xí)能產(chǎn)生復(fù)雜多變的習(xí)得性發(fā)聲, 而雌鳥只能發(fā)出非習(xí)得性的簡(jiǎn)單鳴叫, 與此對(duì)應(yīng)的控制發(fā)聲的神經(jīng)系統(tǒng)亦有明顯的性別二態(tài)性, 雄鳥腦內(nèi)的發(fā)聲核團(tuán)明顯大于雌鳥(Bottjer et al, 1997; MacDougall-Shackleton & Ball, 1999; Li & Li, 1999)。神經(jīng)解剖與電生理實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)雌性腦內(nèi)的核團(tuán)間聯(lián)系也較雄性少很多(Fukushima & Aoki, 2002)。雄鳥如不經(jīng)過學(xué)習(xí)教習(xí)曲或端腦功能缺陷也不能發(fā)出帶有雄性特征的聲音。

3.1 長(zhǎng)鳴

Vicario et al (2001)通過損毀雙側(cè)RA核團(tuán)后分析成年雄性斑胸草雀長(zhǎng)鳴的變化及其對(duì)聲音刺激的反應(yīng)。損毀前, 雄鳥發(fā)出的是雄性特征的長(zhǎng)鳴,即有較高且穩(wěn)定的基頻、相對(duì)較短的時(shí)程并伴有快速調(diào)頻特性; 一些雄鳥對(duì)雌雄同類聲音的刺激反應(yīng)差別較大, 雌鳥的聲音能刺激其發(fā)出較多的長(zhǎng)鳴。而損毀后, 雄鳥聲音發(fā)生變異, 出現(xiàn)了鳴叫時(shí)程延長(zhǎng)和快速調(diào)頻特性的喪失。另外, 雄鳥對(duì)雌雄同類聲音的刺激也不再出現(xiàn)差別反應(yīng)。我們損毀斑胸草雀右側(cè)RA后所得的聲學(xué)結(jié)果與Vicario et al的報(bào)道相似, 共同支持習(xí)得性發(fā)聲由前腦核團(tuán)控制產(chǎn)生的觀點(diǎn)(Simpson & Vicario, 1990); 但值得一提的是,從本研究的結(jié)果得知, 損毀右側(cè) RA后, 長(zhǎng)鳴時(shí)域和頻域發(fā)生顯著變化, 而損毀左側(cè)RA對(duì)長(zhǎng)鳴幾乎沒有影響。鳴禽與人類相似, 其發(fā)聲中樞存在側(cè)別優(yōu)勢(shì), 多數(shù)鳴禽的發(fā)聲呈左腦優(yōu)勢(shì), 而斑胸草雀的鳴叫中樞呈右腦優(yōu)勢(shì)(Nottebohm & Nottebohm,1976; Li & Qin, 2009), 所以, 我們認(rèn)為是右側(cè)高位中樞指導(dǎo)習(xí)得性聲音的產(chǎn)生。

除前腦高級(jí)中樞外, 中腦的基本中樞對(duì)習(xí)得性發(fā)聲也有重要影響。過去認(rèn)為, 中腦、延髓的發(fā)聲相關(guān)核團(tuán)參與無性別差別的本能發(fā)聲, 不參與復(fù)雜的習(xí)得性發(fā)聲。但實(shí)驗(yàn)表明, 刺激延髓的呼吸核團(tuán)也能造成類似刺激高級(jí)發(fā)聲中樞所產(chǎn)生的發(fā)聲干擾。另外, 對(duì)于中腦 DM 核團(tuán)而言, 它接受丘間核復(fù)合體抑制性信號(hào)的輸入, 是兩性鳴禽均能發(fā)出長(zhǎng)鳴的關(guān)鍵結(jié)構(gòu), 雄鳥的DM接受來自同側(cè)RA的突觸輸入, 這一條路徑已被證實(shí)為屬于發(fā)聲通路的一部分(Ashmore et al, 2005), 所以, 雄鳥DM核團(tuán)在神經(jīng)環(huán)路和功能上都有別于雌鳥的DM核團(tuán)。我們的研究表明, 損毀右側(cè) DM 后, 長(zhǎng)鳴的某些聲學(xué)參數(shù)仍在發(fā)生變化, 說明DM核團(tuán)參與習(xí)得性發(fā)聲的調(diào)節(jié)。

RA部分投射神經(jīng)元與呼吸網(wǎng)絡(luò)(由DM、RAm、PAm核團(tuán)組成)構(gòu)成聯(lián)系(Ashmore et al, 2005), DM核團(tuán)本身為呼吸網(wǎng)絡(luò)的一部分, 由此可知呼吸控制相關(guān)核團(tuán)受高級(jí)中樞支配, 當(dāng) RA被損毀后, 呼吸網(wǎng)絡(luò)失去高位調(diào)節(jié)而引起呼吸紊亂, 從而造成發(fā)聲時(shí)程延長(zhǎng), 如口吃一般。DM 核團(tuán)既作為發(fā)聲通路中的一部分又作為呼吸網(wǎng)絡(luò)的一部分, 它對(duì)發(fā)聲與呼吸的影響至關(guān)重要, 它的缺失亦對(duì)發(fā)聲時(shí)程造成顯著延長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)表明, 刺激兩性鳴禽的DM核團(tuán)能誘發(fā)出類似長(zhǎng)距鳴叫的叫聲, 誘發(fā)叫聲的時(shí)程取決于刺激的脈沖數(shù)。隨刺激脈沖數(shù)增加, 叫聲時(shí)程相對(duì)較長(zhǎng), 反之則短。這說明在性成熟的兩性鳴禽中,DM核團(tuán)中的神經(jīng)系統(tǒng)可能控制著長(zhǎng)距鳴叫的時(shí)程(Fukushima & Aoki, 2002)。

3.2 鳴曲

損毀右側(cè)RA核團(tuán)和DM核團(tuán)后鳴曲出現(xiàn)變化,與長(zhǎng)鳴的變化不同。第一次損毀后, 鳴曲立即發(fā)生變化, 鳴曲中音節(jié)的頻率變化類似于長(zhǎng)鳴的頻率變化, 聲音結(jié)構(gòu)由復(fù)雜變簡(jiǎn)單, 調(diào)頻特性消失, 音節(jié)趨于恒頻, 聲色暗啞沒有起伏。術(shù)前音節(jié)的高低頻穩(wěn)定, 能量帶清晰, 高端頻率可＞20 kHz, 基低也較為穩(wěn)定, 第一次手術(shù)后(RA核團(tuán)的損毀), 音節(jié)結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)上述頻率特征的改變, 能量帶界線不清,高端頻率出現(xiàn)顯著下降, 只達(dá)到～15 kHz, 單個(gè)音節(jié)時(shí)程縮短, 每個(gè)音節(jié)相似; 第二次手術(shù)后(DM 核團(tuán)的損毀), 語(yǔ)圖中的音節(jié)更模糊, 高端再次有所下降, 降到～13 kHz, 基頻也開始不穩(wěn)定, 出現(xiàn)飄移。

調(diào)控鳴曲變異的因素有很多, 前運(yùn)動(dòng)核團(tuán)HVC和RA的神經(jīng)元在產(chǎn)生鳴唱時(shí)同時(shí)激活, 支配鳴管發(fā)聲。社會(huì)情境對(duì)成年鳴曲的序列和音節(jié)可變性也有調(diào)節(jié)作用(Sakata et al, 2008)。幼齡期前端腦通路助于鳴曲的形成。正如我們所提到, 鳴曲是成串的聲音信號(hào), 某一次的發(fā)聲機(jī)會(huì)中, 鳴禽可能發(fā)出一次長(zhǎng)鳴或一首鳴曲, 控聲核團(tuán)被損毀后, 雖然單個(gè)音節(jié)時(shí)程縮短了, 但整首鳴曲的時(shí)程可能延長(zhǎng),音節(jié)數(shù)量可能增加, 這與呼吸失調(diào)是相關(guān)聯(lián)的。另外, 鳴曲的編碼, 如序列及節(jié)奏等是HVC與腦干中有神經(jīng)折返回前腦的核團(tuán)所共同作用而產(chǎn)生, 所以,我們推測(cè)不損及 HVC和腦干的情況下, 鳴曲的改變更多在于音節(jié)的改變。此外, 右側(cè)實(shí)驗(yàn)組的鳴曲較為重大的變化是高低端頻率的缺失, 這個(gè)現(xiàn)象在中腦核團(tuán)被損后猶為突出, 這與刺激中腦DM時(shí)所記錄的發(fā)聲相似, 即基頻升高, 高頻下降, 所以,我們推測(cè)中腦在調(diào)控音節(jié)的高低頻中起著關(guān)鍵作用。