引言
科學家一直緻力于了解靈長類動物大腦如何支援自然行為，尤其是社互動動和交流行為。然而這些自然行為中存在較大的複雜性與自發性，導緻傳統任務導向的實驗和分析方法在自然行為研究中難以解析神經活動模式。在這項研究中，作者采用自然行為導向的實驗和分析方法，記錄了自由移動的狨猴在對話中的神經活動，揭示了前額葉皮層和前運動皮層如何參與到自然交流和發聲行為中。
近日，美國加州大學聖地亞哥分校Cory T. Miller和Jingwen Li團隊在Neuron上發表了文章Representing the dynamics of natural marmoset vocal behaviors in frontal cortex。
通過記錄狨猴自然發聲時的神經活動，作者發現了前額葉皮層中一組神經元的複雜活動模式。與以往在固定任務中進行的研究不同，研究人員使用廣義線性模型(GLM)來量化這些神經元在自然發聲中的連續變化，以更好地了解前額葉和前運動皮層的功能分布及其對複雜社交行為的支援。研究發現，不同神經元叢集對狨猴在自然交流行為的不同方面—聽聲、發聲、以及社交狀态—都有顯著響應，這些叢集并未局限在特定的皮層區域，而是廣泛分布于整個前額葉和前運動皮層中。
作者使用廣義線性模型（GLM）來分析狨猴在自然發聲行為中的神經活動。GLM可以通過引入行為事件、内部狀态和神經元發放曆史等變量作為因素，預測神經元在連續自然行為中的發放率。分析表明，GLM不僅可以捕捉到聽聲和發聲行為的神經反應，還能揭示傳統分析方法（PSTH）無法發現的與社交狀态相關的神經元活動，進而更全面地表征大腦與行為的互動。通過GLM分析，研究人員發現了多個與自然發聲行為相關的神經元叢集， 包括聽聲、回應性發生、自發性發聲、内部行為狀态（如對話或自發狀态）相關的神經元叢集。
狨猴自然發聲實驗與GLM分析模型（Credit: Neuron）
一個令人驚訝的發現是，這些功能叢集并未局限在大腦的某個特定區域，而是廣泛分布在整個前額葉和前運動皮層。作者進一步分析了這些神經元對狨猴是否會在聽到聲音後發聲的預測能力。結果顯示，近1/3的神經元能夠預測狨猴的對話發聲行為，其中一些神經元的預測準确率(AUC)達到0.8以上。值得注意的是，高預測性能的神經元分布在不同的功能叢集中，顯示了整個前額葉皮層和前運動皮層在自然社交行為中的重要作用。
總之，該研究揭示了狨猴自然發聲行為中額葉皮層的廣泛功能叢集，并指出這些叢集在整個皮層中分布，而不僅僅局限于某些特定區域。這一發現打破了傳統任務導向的神經科學研究架構，為了解靈長類動物如何在自然環境中進行社互動動提供了新的視角。
參考文獻
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.08.020
責編|探索君
排版|探索君
文章來源|“BioArt”
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