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中美洲褐鼷鼠懂輪流「對話」 助理解人類自閉症神經機制

2019/3/4 — 16:06

sciencemag.org片段截圖

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比起人類,一般動物發聲時雜亂無章,出現「疊聲」現象,沒有明顯清晰的對話模式。相反,人類正常對話下可輪流發言。最新刊於《科學》的研究就發現,來自中美地區的褐鼷鼠,懂得在對話時,會輪流發聲。此行為或助了解人類腦部控制對話的機制。

人類對話是相當複雜,透過聆聽對方說話,思考回應內容,並判斷何時發聲,但究竟怎樣做到?然而,常用實驗動物,包括小鼠,都欠缺這種溝通能力。即使是靈長類動物狨猴這類有「對話」的能力,兩者此起彼落的叫聲仍會相隔數秒,而不像人類般可以緊接對話。

褐鼷鼠獨特的叫聲習性,卻可能幫助理解人類對話機制。紐約大學醫學院神經科學家 Michael Long 的團隊只要將兩隻雄性褐鼷鼠放置在鄰近位置,牠們會因對方叫聲而增加發聲次數。另外,與人類對話相似,兩者聲音緊接著對方的聲音,而不會疊聲。一隻褐鼷鼠叫完後,不到半秒內,另一隻會隨即「接力」發聲。人類的對話相隔的時間更短,平均只差約 200 毫秒。另外,當有同伴在旁時,褐鼷鼠的叫聲次數會比獨自一隻時多出 4 倍。

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褐鼷鼠有趣的發聲行為吸引研究人員注意,並希望可以找出牠們腦部控制叫聲時機的機制。以往科學家一直認為腦部皮質下結構 (subcortical structures) 是發聲系統源頭,也可能是褐鼷鼠叫難聲關鍵。不過, Long 等人推論,褐鼷鼠叫聲可能與運動皮質相關,能根據社交「線索」(Social cue) 控制牠們的叫聲時機。其中,他們發現顏臉運動神經 (orofacial motor cortex, OMC) 受刺激而變得活躍時,褐鼷鼠發聲肌肉會同時收縮。當研究人員再在該處放置冷卻裝置,減低神經活動時,褐鼷鼠會花更多時間完成一整段叫聲。

更有趣的是,團隊發現即使他們完全抑制一隻褐鼷鼠的 OMC 活動,牠可繼續發聲,但跟同伴此起彼落的叫聲次數則沒有增加,另外,OMC 被抑制的褐鼷鼠在聽到叫聲後,也不再「回覆」對方。研究人員估計,這代表發聲本身是由皮質下結構的其他區域控制,但叫聲次數就可能與 OMC 相關。

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當然,相比起褐鼷鼠的對話機制,人類明顯更為複雜。不過, Long 等人相信人類腦部也可能有類似神經結構,專門控制對話時機。他們也計劃錄取人類對話時的腦部活動,以找出相關神經區域。另外,他們也推論類似機制也與研究自閉症相關,透過改變小鼠的 OMC 基因,觀察對牠們腦部活動及行為改變。

未有參與研究的 Howard Hughes 醫學研究中心神經科學家 Karel Svoboda 接受《科學》訪問時表示,這有機會是一個研究言語溝通的有趣方向,今次實驗尚未解釋到 OMC 怎樣影響其他言語神經活動,或者整個網路怎樣控制肌肉發聲。 

來源:
Science, This singing mouse’s brain could reveal keys to snappy conversation, 28 February 2019

報告:
Okobi Jr., D.E., Banerjee, A., Matheson, A.M.M., Phelps, S.M. & Long, M.A. (2019). Motor cortical control of vocal interaction in neotropical singing mice. Science, 363, 6430. DOI: 10.1126/science.aau9480

文/Edward Ho 、審核/Alan Chiu

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