一只會唱歌的小鼠，何以登上Science的封面？

1.齧齒類的“歌王”

如果齧齒類動物要表演一出歌劇，那麽褐鼷鼠（Scotinomys teguina）一定能成為歌劇的主角。這種小鼠原產於中美洲的雲霧森林。它們在歌唱時會抬起前腿用後腿直立，發出尖細、悠長、複雜的顫音。在這出歌劇中，每一隻小鼠的表演都是獨一無二的，仿佛它們都有屬於自己的歌。

3月1日的《科學》（Science）封面。| 圖片來源：Science

紐約大學醫學院的神經科學家Michael Long和他實驗室裡的同事們發現，這種會唱歌的褐鼷鼠可以做出許多實驗室動物無法做到的行為——它們可以“一唱一和”地輪流歌唱，宛如人類在交談時一樣。

小鼠間的這種“歌曲對唱”為科學家研究大腦如何控制對話提供了一個新的模型，它讓我們對人類的交流產生新的認識。Long與他的同事們找到了負責這種行為的精確大腦回路，並將研究結果發表在了最近的《科學》期刊上。

2. 複雜的對話

Long專門研究聲音交流，這是一種大多數人類都極為熟悉也極為擅長的交流方式。但這種交流實則有著非常複雜的大腦機制，即使是簡單的對話，也需要複雜的神經處理過程。一般從一個人說話結束到另一個人接話之間會停頓200毫秒。但是在人群中，有一部分人卻會遭遇不同形式的溝通障礙，這些遭遇可能是由中風或自閉症等發育障礙導致的。

由於人類大腦太過於複雜，因此我們很難直接在人體進行研究。有些動物也會進行這種“輪流”式的交談，例如青蛙、寬吻海豚、蟋蟀和一些靈長類動物。這是一種快速的反應，需要一系列複雜的感覺和運動動作，而這些動作很難描述。

大多數實驗室動物都缺乏這種語言複雜性。最常見的實驗鼠（Mus musculus）雖然可以發出一種相對混亂和難以預測的叫聲，但它們沒有任何有意義的聲音協調能力，不會出現輪流哼唱的情況。

在神經科學的研究中，狨猴是一種頗受歡迎的實驗對象，因為它們就是一種能進行“對答”的靈長類動物。但它們在不同的反應之間會停頓幾秒鐘，這意味著它們的神經機制與驅動人類在快速對答時的反應機制是不一樣的。

3. 實驗室的“寵兒”

在一次與生物學家Steve Phelps的交流中，Long得知了這種會唱歌的老鼠。它們的聲音很像是在對答而不是“獨唱”，而且音量很大，這在老鼠身上是不常見的。一般來說，典型的實驗室小鼠會偶爾發出超聲波，但這只是一種隨機的喘息聲。而唱歌的小鼠顯然在進行有目的的對話，雖然尚不完全明確不同“歌曲”有著怎麽樣的社會功能，但他們猜測這或許是一種宣示領地的方式。

他們將一些會唱歌的小鼠帶回實驗室。與普通實驗室的小鼠相比，這些遠道而來的小鼠宛如大明星：它們有著更豪華的住宿——更寬敞的籠子；更好的運動設備——以防止它們發胖；以及專門準備的特殊飲食——粉虱和昆蟲。這樣，小鼠就能在舒適的環境下茁壯成長，“唱”出屬於小鼠的心聲。

在觀察過程中，研究人員發現當一隻裝有小鼠的籠子被放在另一隻裝有小鼠的籠子旁邊時，小鼠就會對自己的歌聲進行精確地計時，以免自己的歌聲與鄰居重疊。一般來說，小鼠會在另一隻小鼠唱完的半秒後才開始自己的歌唱。他們還發現，有鄰居的小鼠唱歌的次數是獨處時的四倍。

兩隻小鼠相互輪流對唱，圖中顯示的是在實驗中觀察到的波形示意圖的例子。| 圖片來源：Long Lab

他們仔細記錄了這種歌唱行為，發現這些老鼠不僅會輪流歌唱，而且每隻老鼠的歌聲也隨著另一隻老鼠的歌聲而略微變化。

4. “演奏者”與“指揮者”

研究人員想知道小鼠的大腦是如何控制這些精心計時過的交流的。首先要弄清楚的就是大腦的哪些部分參與了這種行為。他們使用一種名為肌電圖的技術，對大腦皮層的不同部分進行刺激，同時記錄下聲帶肌肉的活動。

就這樣，他們首先注意到了在大腦前部的一個名為口面部運動皮層（OMC）的運動區域，當受到刺激時，它會使小鼠的聲帶肌肉收縮。在OMC中，除了有“告訴”肌肉運動的區域之外，還存在讓小鼠獲得輪流交談能力的其他回路存在。

因此，研究人員認為小鼠將這個複雜的問題分成了兩部分：在大腦中，有一個部分負責創作歌曲；還有部分對聲音協調非常重要，那就是OMC。

為了驗證這種猜測，Long及其同事採用了聚焦冷卻（focal cooling）技術來研究小鼠的歌唱行為：他們冷卻了作為歌曲協調中心的OMC區域，以減緩其神經活動。當這樣做時，這些小鼠仍然可以歌唱，但它們需要更長的時間才能完成歌唱。

在另一項測試中，當科學家給小鼠服用一種能暫時性地完全關閉OMC的藥物時，小鼠們仍然可以唱歌，但是不再能與其他小鼠進行輪流演唱了。

這有力地證明了“歌曲”本身是被儲存在不同地方的，而OMC隻對這些“歌曲”起到調控管理作用。換句話說，在小鼠的大腦中，有一個負責創作和演奏歌曲的部分，還有一個更高級的“指揮家”負責協調歌曲。

5. 擁抱更多的可能性

這項研究具有非常重大的意義：它第一次展示了在哺乳動物的大腦中，協調發聲的神經機制。並且通過這項研究，科學家預測出人類大腦中可能也存在類似的聲音協調中心。因此這些會唱歌的小老鼠或許還可用於研究由中風或自閉症導致的溝通障礙。

儘管這是一項重大突破，可我們需要知道的還有更多。目前，科學家還沒有弄清楚OMC是如何影響下腦的活動的，也沒有弄清楚那裡的腦回路究竟是如何讓肌肉運動從而產生歌曲的。

接下來，Long打算在互動的環境中去研究人類的大腦。人類的語言比小鼠的對唱要複雜得多，他們想在人類大腦中尋找相應的運動皮層計時機制。目前，Long的實驗室正在為人類受試者設計實驗，他們想要記錄人在談話時的大腦活動。這有別於簡單地要求受試者重複一個音節或一串單詞，受試者談論的話題可以只是關於今天的午餐，然後來來回回地進行交談，再觀察他們的大腦是如何創造這種對話的。

在過去的幾十年裡，科學研究主要將實驗室小鼠作為研究對象。Long認為，過度使用同一種動物是種危險的做法。他呼籲在接下來的幾年裡，人們或許可以重新擁抱更廣闊的生物世界，哪怕這意味著存在一定風險。

參考鏈接：

[1] http://science.sciencemag.org/content/363/6430/983

[2] https://www.sciencemag.org/news/2019/02/singing-mouse-s-brain-could-reveal-keys-snappy-conversation

[3] https://arstechnica.com/science/2019/02/singing-mice-could-offer-clues-about-how-human-brains-manage-conversation/

[4] http://discovermagazine.com/authors?name=Roni+Dengler