蝙蝠听觉皮层的神经元编码未来发声的类别与复杂性

蝙蝠如何规划自己的声音

蝙蝠以在黑暗中用声音导航而闻名，但它们的大脑也必须在任何声音从口中发出之前，追踪自己即将要发出的声音。本研究检查了一种小型果蝠的听觉中枢，以确定其大脑能否预测不仅将产生哪种类型的叫声，还能预测该叫声的简单或复杂程度。这项工作提供了大脑如何为未来声音做准备的一个视角，这一过程可能与人类言语规划共享一些原理。

两类蝙蝠“嗓音”

赛巴短尾蝠依赖两大类发声。一类是用于回声定位的超短、高频爆发，蝙蝠通过聆听回波来感知近处物体；另一类是用于社交交流的低频通信呼叫。在实验室中，研究人员在蝙蝠保持清醒但头部固定的情况下记录了这两种声音，既捕捉单个叫声，也记录短序列的重复音节或脉冲。他们将每次发声事件分为四组：单个回声定位脉冲、单个交流音节、回声定位脉冲序列和交流音节序列，每次开始前至少有半秒的静默以保证分析清晰。

能够前瞻的听觉神经元

与此同时，团队测量了蝙蝠听觉皮层中单个神经元的电活动，听觉皮层通常负责处理进入的大量声音。令人惊讶的是，许多神经元在发声开始前几百毫秒就改变了放电速率。有些细胞在回声定位脉冲前变得更活跃，另一些在交流呼叫前活动增强。当研究人员将整个人群的活动汇总并使用标准统计工具时，两类呼叫的放电模式在蝙蝠张口前就明显分化。对这些模式训练的计算机分类器能够可靠地猜测即将到来的呼叫类别，表明未来的发声类别已经在听觉区域被编码。

标记简单与复杂的呼叫

听觉皮层的功能不只限于标记宽泛的呼叫类别。它还反映了蝙蝠将要发出的音节或脉冲数量。对于交流呼叫，某些神经元在将出现多音节序列时比只有单个音节时放电更强，而且这种随音节数变化的尺度效应甚至在第一个声音出现之前就已显现。在整个神经元群体中，放电率随着交流音节数量的增加而稳步上升，发声前后均如此。对于回声定位，脉冲序列中的脉冲数也与放电率增高相关，但这种增长主要发生在第一个脉冲之后，提示社交呼叫与声纳脉冲在预测时机上存在差异。

对音高与模式的专门化

并非所有神经元的行为都相同。当研究人员播放纯音时，他们发现一些神经元偏好低频，另一些偏好高频，还有许多对低频和高频均有反应。这些调谐特性与神经元在发声前后的行为相吻合。对高频敏感的细胞（类似回声定位呼叫的频段）在回声定位脉冲的前后更为活跃；对低频敏感的细胞则偏向交流呼叫。响应宽频的神经元特别对交流呼叫是单一音节还是多音节序列敏感，这暗示它们帮助编码时间复杂性，而不仅仅是音高。

为何这有助于理解大脑与发声

总体而言，这项研究表明，蝙蝠听觉皮层的神经元不仅在声音发生后对其做出反应，还携带关于即将发出的声音的详细信息。它们信号化动物会发出导航脉冲还是社交呼叫，以及该呼叫是短而简单还是延展为序列。对非专业读者而言，这意味着通常被认为是“听者”的大脑区域也承担起了“规划者”的角色。这类预测信号可能帮助蝙蝠为随之而来的快速回波和社交回应做好准备，并且可能与人类大脑为口语做准备的方式存在共同原理。

引用: Babl, S.S., Röhrig, D. & Hechavarría, J.C. Neurons in the bat auditory cortex encode class and complexity of future vocalizations. Commun Biol 9, 699 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-10319-4

关键词: 蝙蝠发声, 听觉皮层, 回声定位, 神经预测, 发声控制