神经-发声相位耦合揭示鸟鸣产生中的结构化时序|||北京沫之东生物技术有限公司

4 次围观

理解神经群体活动如何在时间上与行为协同一直是神经科学中的核心挑战。鸣禽为解决这一问题提供了强有力的模型系统，因为习得性的发声产生需要神经动力学、具有时间结构的运动输出以及听觉反馈之间的精确协调。然而，量化神经-发声相互作用具有挑战性，因为神经信号和声学信号都具有节律性、噪声性且高度非平稳。本文通过在金丝雀自发歌唱期间同步记录歌唱系统前脑区域的神经群体活动与发声行为，研究神经-发声协调。我们采用相位分辨的互相关框架，并结合基于替代数据的统计验证，对短暂且高度可变的歌曲片段中的神经-发声相互作用进行量化。分析结果表明，神经-发声相互作用组织为彼此不同的时间区间，包括正滞后、近零滞后和负滞后，与神经活动先于、伴随或随后于发声输出相一致。这些区间的共存与所记录脑区的整合性功能一致：该区域接收听觉输入，参与运动前控制，并且参与支持歌曲学习及成年期歌曲持续维持的神经回路。我们进一步发现，相关和反相关相互作用在整个歌唱过程中并存，其中反相关相互作用始终集中于近零滞后附近。这些反相关关系揭示了神经群体活动下降与声音产生密切对齐的时期，提供了具有生物学意义的信息，而这些信息在针对完整歌曲演绎进行分析时会被掩盖。综上，这些结果揭示了连接神经群体活动与发声行为的稳健时间结构，并提供了一个广泛适用的框架，用于从复杂生物信号中提取瞬时的神经-行为相互作用。

anita{at}df.uba.ar

摘要

信息/历史

指标

PDF预览

摘要

理解神经群体活动如何在时间上与行为协调一致，仍然是神经科学中的核心挑战。鸣禽为解决这一问题提供了强有力的模型系统，因为习得性发声需要神经动力学、具有时间结构的运动输出以及听觉反馈之间的精确协调。然而，量化神经—发声相互作用具有挑战性，因为神经和声学信号都具有节律性、噪声性且高度非平稳。

在这里，我们利用前脑歌唱系统中一个区域的神经群体活动与发声行为的同步记录，研究金丝雀自发歌唱过程中的神经—发声协调。我们采用相位分辨的互相关框架，并结合基于替代数据的统计验证，对短暂且高度可变的歌曲片段中的神经—发声相互作用进行量化。

我们的分析表明，神经—发声相互作用被组织为不同的时间范式，包括正时滞、近零时滞和负时滞，这与神经活动先于、伴随或随后于发声输出一致。上述范式的共存与所记录脑区的整合作用一致：该区域接收听觉输入，参与前运动控制，并参与支持歌唱学习及成年期歌曲持续维持的神经回路。我们进一步发现，相关和反相关相互作用在整个歌唱过程中共存，其中反相关相互作用始终集中于近零时滞附近。这些反相关性识别出神经群体活动降低与发声产生紧密对齐的时期，揭示了在对完整歌曲演绎进行分析时被掩盖的、生物学上相关的信息。

总体而言，这些结果揭示了连接神经群体活动与发声行为的稳健时间结构，并提供了一个广泛适用的框架，用于从复杂生物信号中提取瞬时的神经—行为相互作用。

利益冲突声明

版权

持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。

本内容基于 CC-BY 4.0 国际许可发布。

返回顶部

发表于 2026年7月22日。

下载 PDF

电子邮件

您的电子邮件

*

您的姓名

*

发送至

*

可将多个地址分别写在不同的行中，或用逗号分隔。

您将通过电子邮件发送以下内容