仙琴蛙(Babina daunchina)昼夜节律和鸣声感知的神经电生理研究

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对信号进行准确和快速的识别是动物赖以生存和繁殖的基础。在繁殖季节,求偶场中的雄性个体通过感知竞争对手的信号而改变发声策略吸引雌性,雌性通过鸣声感知评估雄性个体及其所占有的资源。在面对捕食者和潜在配偶的复杂环境中,个体如何对鸣声信号进行精准有序的感知和分类是动物赖以生存和成功繁殖的先决条件。目前相关研究多集中于行为层面,而少有研究关注这种识别过程中,对信号感知的潜在神经机制。本研究以仙琴蛙(Babina daunchina)为模型,以脑电(Electroencephalography, EEG)和事件相关电位(Event related potential, ERP)为手段:(1)监测仙琴蛙行为和EEG的昼夜节律,及其在性别间、脑区间和不同时相间的差异,为后续的ERP研究奠定基础;(2)采用等概率实验范式,研究种间识别和种内识别过程中,对声音信号感知的处理模式;(3)采用Oddball实验范式,研究种间、种内信号感知的季节可塑性,以及对不同的种内呜叫信号的感知差异。主要研究内容和结论如下:  1.记录12∶12光暗周期下的行为和EEG,计算各频段的绝对功率谱,并统计分析各功率谱在脑区间、性别间和时相间的差异,以及EEG与行为活动的关系。结果显示:(1)脑电和行为活动的昼夜节律显著正相关,并在时相切换时达到最高峰,说明仙琴蛙的行为活动与EEG具有同步性;(2) delta、theta和alpha频段功率谱存在两性间的显著差异,暗示处于繁殖阶段的仙琴蛙EEG存在性二型(即使没有繁殖相关的信息刺激)。  2.在非繁殖阶段和繁殖阶段,记录EEG的同时,以等概率范式回放两种同种呜叫(Highly sexually attractive call,HSA call; Low sexually attractive call, LSAcall),以及时域结构类似的白噪声(white noise,WN)。统计分析ERP成分在脑区间、声音刺激间和繁殖状态间的差异。结果显示:(1)WN和同种呜叫诱发的N1幅度存在显著差异,说明仙琴蛙对种间呜叫信号的感知可能在100ms内完成;(2)同种呜叫(HSA和LSA)诱发的P2幅度存在显著差异,说明仙琴蛙对种内呜叫信号的感知可能在200ms内完成;(3)P3潜伏期在不同繁殖状态间存在显著差异,意味着大脑对声音信息的处理模式受繁殖状态调制。这些结果表明仙琴蛙对种间信号的感知先于对种内信号的感知。  3.与上一实验唯一不同的是采集EEG信号的同时,采用Oddball范式回放声音刺激:概率为70%的WN和概率均为15%的HSA和LSA。结果显示:(1) LSA诱发的N1、P2幅度在非繁殖阶段和繁殖阶段之间存在显著差异,说明对声音信号的感知受繁殖状态调制;(2)P2的幅度在同种呜叫间存在差异,且在非繁殖阶段LSA大于HSA,在繁殖阶段则呈现HSA大于LSA的趋势,从而暗示了在繁殖阶段的鸣声感知过程中,性吸引力高的同种呜叫可能会激活优先级更高的听觉模板并与之匹配,此外,WN和同种呜叫诱发的N1幅度的显著差异,以及同种呜叫(HSA和LSA)诱发的P2幅度的显著差异,暗示了种间识别和种内识别过程中,对声音信号的感知需调用内在的听觉模板。
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