自然噪声和白噪声对凹耳蛙高频听觉反应特征影响的胞外电生理学研究

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通讯是动物间建立一切社会关系的基础,声通讯是通讯的一种形式,对动物的生存至关重要。声信号传播的效率取决于发声者发声强度、传播介质的物理性质、声音接受者的敏感性和环境噪声强度等一系列因素。环境中高强度的噪音与动物鸣声频率、振幅和鸣唱时间会发生冲突,噪音对鸣声的影响主要是降低声信号的传播距离、干扰声信号内容,进而导致声音传播效率下降,信号保真性降低。鸟类、两栖类等主要依靠鸣声通讯,鸣声传播效率下降进而会影响动物个体间识别、配偶关系、领域防卫、种群密度、母子行为协调等。在大自然中噪声可谓无处不在。  研究表明,噪声会削弱个体间的信号交流,因此动物(哺乳类、鸟类、两栖类)产生了各式各样适应策略应对环境噪声的。作为信号发出者,包括长期适应和短期适应。长期适应如提高叫声主频、采用视觉信号等,短期适应包括调整信号幅度、时长、重复度、频谱特点和时间选择等。对于接受者,可以通过改变与信号源和噪声源的相对位置、频谱感受性、音调处理、幅度和时长依赖性以及特征感受器等来提高感受性。  近年的研究已发现栖息在安徽省黄山市桃花溪周边的雄凹耳蛙(Odorranatormota)可以发出并检测超声,其听觉上限分别为35 kHz(87 dB SPL),说明凹耳蛙可以进行高频甚至超声通讯。凹耳蛙的繁殖时期在每年4至6月间,此时恰逢黄山桃花溪的雨水较多,环境噪声甚至能达到90 dB SPL以上。为了研究这些自然噪声对凹耳蛙的听觉反应特征作用,并与人造白噪声的作用相比较,我们从电生理角度研究了三种噪声水平五种噪声条件(37dB SPL背景噪声、65dB SPL自然噪声和白噪声、85 dB SPL自然噪声和白噪声)对凹耳蛙声听觉反应特征的影响。在隔音室内,以雄凹耳蛙为研究对象,给予5 kHz-21 kHz的纯音刺激,细胞外记录中脑半圆体(torus semicircularis,TS)区神经元群的听觉诱发近场电位(auditory evoked near-field potentials,AENFPs)和单单位神经元放电反应(singleunit spike)。比较五种噪声条件下各个频率的三个重要听觉反应特征参数:相对幅度、潜伏期、听觉诱发近场电位及单单位神经元反应特征频率阈值。  实验结果显示:雄性凹耳蛙的特征频率主要分布在7-9kHz、11-15kHz、17-19kHz三个区段,无论特征频率为低频组、中频组或高频组,相比于37dBSPL背景噪声组,中等强度(65dB SPL自然噪声和白噪声)噪音对雄凹耳蛙AENFPs的幅度、潜伏期和特征频率的阈值几乎无影响。在高噪声(85 dB SPL自然噪声和白噪声)中,潜伏期普遍延长,相对幅度明显降低,特征频率的阈值明显上升,说明凹耳蛙中脑神经元编码听觉信息易受到高强度噪声的影响。单单位神经元特征频率的阈值结果显示与AENFPs结果相似。  结论:1)雄性凹耳蛙的特征频率主要分布在7-9kHz、11-15kHz、17-19kHz三个区段;2)中等强度(65 dB SPL)噪声对凹耳蛙的听觉反应特征参数无明显影响;3)高强度噪声(85 dB SPL)对凹耳蛙的听觉反应特征有明显的抑制作用;4)同等强度的白噪声的压抑作用比自然噪声更为显著,我们推测这可能与自然噪声和白噪声的频谱有关。
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