Nature. IF: 50.5 || 鹦鹉和人类前脑运动网络中的趋同发声表征

人类语言运动皮层具有按语音特征（如发音参数、音高）组织的功能网络，但其他物种是否具有类似的前脑发声控制机制尚不清楚。

研究以虎皮鹦鹉（budgerigar）为对象，植入128 通道高密度硅探针（128-5, Diagnostic Biochips），记录虎皮鹦鹉前脑运动核（AAC）和斑马雀粗壮弓状核（RA）的单神经元活动。探索其灵活发声能力的神经基础，揭示是否存在与人类趋同的神经机制。

通过对比人类、斑马雀和虎皮鹦鹉的发声行为及神经活动，揭示了虎皮鹦鹉前脑运动核（AAC）在发声时的高放电率和提前激活，其群体活动编码发声的频谱特征，与斑马雀 RA 的动态 “条形码式” 活动形成对比，体现了虎皮鹦鹉与人类在发声控制上的趋同神经机制。

图1. 比较发声行为和潜在的神经活动。

斑马雀 RA 的群体活动与鸣唱的声学结构无显著相关性（Spearman ρ=0.02），呈现动态 “条形码式” 编码，而虎皮鹦鹉 AAC 的神经活动与发声频谱特征高度相关（ρ=0.26），形成功能图谱，揭示了不同物种前脑发声核团在神经编码策略上的显著差异，以及虎皮鹦鹉与人类在灵活发声控制上的趋同机制。

图2. 斑马雀RA和虎皮鹦鹉AAC中不同的神经编码方案。

通过主成分分析揭示了虎皮鹦鹉前脑运动核（AAC）中不同声学类型（低频、噪声、谐波）的发声在三维神经状态空间中形成分离的集群，混合类型位于中间区域，且跨个体一致，表明前脑运动核团按声学特征组织，与人类语言运动皮层的功能图谱趋同。

图3.  AAC状态空间中人声声学类型的独特映射。

虎皮鹦鹉前脑运动核（AAC）中神经元群体在二维神经状态空间中形成有序的音高梯度，单个神经元对特定频率表现出选择性调谐（51% 显著调谐），且群体活动可精确解码音高（Pearson R=0.84±0.05），这种音高表征机制与人类语言运动皮层的音高编码高度趋同。

图4. AAC中音调的神经表征。

该研究通过对比虎皮鹦鹉与斑马雀的发声行为及其前脑运动核团活动，揭示了虎皮鹦鹉AAC在发声控制中具有与人类语言运动皮层高度趋同的功能组织。

研究发现，虎皮鹦鹉的AAC神经元群体按发声的频谱特征（如谐波、噪声、低频）形成分离的神经集群，并在群体水平上有序编码音高，单个神经元对特定频率表现出显著调谐。与斑马雀RA核团的动态“条形码式”群体活动不同，虎皮鹦鹉的AAC活动与声学结构高度相关，且群体活动可精确解码音高。这种功能图谱的趋同进化表明，灵活发声能力可能依赖于类似的神经编码策略，为理解人类语言运动皮层的进化机制提供了新模型，并为语言障碍治疗（如构音障碍）的研究提供了潜在动物模型。

笔名：Feng zhihua

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-025-08695-8