CF-FM蝙蝠听觉中脑对回声定位信号及其模式反应的适应性研究

Complicated echolocation behavior of bats is one of the most important discoveries of animals adapting to environment. Discussing the process and physiological mechanism of this echolocation behavior helps to cognize the behavior itself and to reveal details of auditory signals processing of mammals and human beings. As highly specialized auditory system is an important physiological foundation for bats to finish echolocation, figuring out features and mechanism of echolocation signals processing by central auditory system of bats is of great biological significance. This project will set acoustic signal parameters for electrophysiological experiment according to recording results of behavioral experiment. Adopting extracellular and intracellular recording methods combining method of neuropharmacology and centering on echolocation behavior of constant frequency-frequency modulation bats, the project will study adaptability of auditory midbrain response to echolocation signal and its pattern. And it will also discuss about the related physiological mechanisms of central auditory system adapting to echolocation behaviors of bats, namely selective mechanism of neurons response to species specificity acoustic signals and patterns, perception of co-variation and harmony of parameters matching with echolocation signals, frequency tuning mechanism of neurons under Doppler frequency shift compensation behaviors and synaptic mechanism of combination-sensitive neurons response to “pulse-echo” patterns. The results will provide some new discoveries about the physiological basis of central auditory system adapting to echolocation behaviors of bats.

蝙蝠复杂的回声定位行为是动物适应环境的最重要发现之一，探讨其过程和生理机制既有助于认识这种行为本身，同时也能揭示哺乳动物乃至人类听觉信号加工的细节。由于高度特化的听觉系统是蝙蝠完成回声定位行为重要的生理基础，因此，弄清蝙蝠听中枢对回声定位信号加工的特点和机制则具有非常重要的生物学意义。本项目将依据行为学录音结果设置电生理实验的声信号参数，采用“细胞外记录+神经药理学+细胞内记录”相结合的方法，围绕恒频-调频蝙蝠的回声定位行为，做听觉中脑神经元对回声定位行为信号及其模式反应的适应性研究，并探讨蝙蝠听中枢与回声定位行为相适应的有关生理机制，如对种属特异性声信号和模式反应的选择性、对回声定位信号多参数共变或谐变的感受、在多普勒频移补偿条件下神经元的频率选择性、以及神经元对“脉冲--回声对”模式产生联合敏感反应等方面的机制，以期在有关蝙蝠听中枢适应回声定位行为的生理基础方面获得某些新的发现。

高度特化的听觉系统是回声定位蝙蝠完成听-声控制行为的重要生理基础,因此弄清蝙蝠听中枢对回声定位信号及其模式反应的特点和适应的机制,具有非常重要的生物学意义。本项目以CF-FM蝙蝠为研究模型,采用自由声场和行为相关的声刺激,研究CF-FM蝙蝠下丘神经元对回声定位信号及其模式反应的适应性,及其与回声定位行为之间的关系。获得了以下几个方面的结果：（1）下丘神经元在种属特异性CF-FM声刺激下,会表现出单反应（single-on, SO）和双反应（double-on, DO）两种反应模式。绝大多数的SO神经元由于其FTC比较狭窄,且对CF成分反应后的长时程抑制,压抑了其对FM声的反应,因此,更适于处理蝙蝠飞行过程中多普勒频移后的CF声信号,从而获取靶物的速度信息。而DO神经元,由于其更偏好处理FM声信息,且FTC 较宽,能接受较多的兴奋输入,因此,更适于精确判断靶物的距离、运动范围、质地及深度结构等细节信息。（2）SO与DO神经元对CF-FM声刺激的反应具有不同的强度-时间特性。SO神经元的反应模式不受声刺激强度和时程的影响，而DO神经元则随着刺激时程和强度的增加而兴奋性增加。提示SO神经元的反应稳定性在探测昆虫翅膀拍打引起的多普勒频移中起着关键作用，而DO神经元对声刺激强度和时程变化的敏感性反应，则可满足CF-FM蝙蝠在连续觅食阶段声信号参数系统性变化的需要。（3）SO神经元可能较DO神经元更能充分利用DSC行为,来提高对回声反应的恢复能力。随着多普勒频移补偿值升高,神经元在各个回声反应恢复率下所对应的回声延迟也越短,提示CF-FM蝙蝠可通过提高多普勒频移补偿行为,来弥补发声与回声信号重叠对蝙蝠分析回声信息带来的不利影响。综上所述,该研究为阐明CF-FM蝙蝠中枢听神经元对回声定位信号及其模式反应的特点,以及如何协同编码强度、回声延迟、时程与DSC信息的神经机制,提供了理论依据与数据支持。