清醒狨猴的脑电图测量：聆听同种发声

灵长类动物使用物种特异性的发声来传达生物学上重要的信息，例如呼叫者的情绪状态或维持社会纽带的意图、捕食者的存在或其他危险情况。对声音丰富的非人类灵长类动物发声感知背后的神经机制的研究可能为我们提供关键线索，以更好地理解人类语言的进化起源。

普通狨猴是原产于南美洲的小型灵长类动物。近年来，狨猴越来越多地与猕猴一起被用作模式动物，因为它们的繁殖能力高，体型小，易于使用，以及有用的转基因技术的发展 ^1,2,3。除了作为疾病模型的实用性外，群体内丰富的声音交流是该物种的另一个独特特征 4,5,6,7。狨猴经常交换声音信号，与森林中看不见的同种动物交流。通过检查狨猴发声感知和产生所涉及的大脑活动，我们可以确定它们如何处理大脑中自身或同种呼叫的听觉信息，并确定涉及哪些神经回路。先前的研究表明，初级听觉皮层^8、9、^10、11、12 和额叶皮层^13、14 的神经活动参与狨猴的声音产生。此外，这些兴奋和抑制的神经元反应受到初级听觉皮层中听觉-声音相互作用的调节 ^8,10。这些研究使用侵入性记录方法提供了单神经元水平的详细神经活动数据。许多研究进一步检查了狨猴发声产生所涉及的神经活动;然而，对声音感知的理解仍然知之甚少^15,16。

几项无创脑成像研究阐明了狨猴发声处理的神经机制 17,18,19;它们的高空间分辨率是一个优势，但是，在扫描过程中使动物保持清醒状态需要先进的技术。然而，最近，Jafari 等人使用功能性磁共振成像 （fMRI） 确定了清醒狨猴参与声音感知的额颞区¹⁹。几乎所有阐明人类参与发声感知和产生的大脑功能的实验都是使用无创方法进行的，例如头皮脑电图 （EEG）、脑磁图 （MEG）^20,21 和 fMRI 22,23,24。许多人类研究调查了使用 EEG 与声音感知相关的大脑活动。这些研究大多集中在情绪信息 25,26,27 和情绪词的显著性 ²⁸ 上，结果揭示了声音感知过程中事件相关电位的变化²⁹。使用颅内植入电极的人体皮层电图 （ECoG） 和单神经元记录仅在接受神经外科治疗的患者中进行了有限数量的实验^30,31。

在了解人类发声感知和产生背后的独特神经机制时，将人类与猴子进行比较的进化观点非常重要。为了直接比较声音丰富的非人类灵长类动物（如狨猴）与人类的语音感知和发声所涉及的神经机制，使用相同的方法比较两个物种之间的数据非常重要。功能性 MRI 允许全脑成像并具有很高的空间分辨率。它的优点是可以记录垂直于颅骨或难以用 EEG 或 MEG 记录的深部区域的活动。然而，MRI 机器的安装和维护成本很高，并且由于设备的性质，可以呈现的刺激存在许多限制。相比之下，EEG、事件相关电位 （ERP） 和 MEG 具有较高的时间分辨率，使其可用于分析时间序列声音处理。特别是，脑电图具有移动性高、能够在各种实验环境中使用、成本相对较低以及只需要一名操作员的优势。

由于已经在人类身上获得了大量的脑电图数据，因此非人类灵长类动物需要使用非侵入性范式的脑电图测量方法。我们的研究小组开发了一种独特的无创脑电图记录方法，使用³² 号管对猕猴和狨猴进行记录。在这里，我们报告了有关非人灵长类动物听觉处理的几项新发现 33,34,35,36,37。为了表征响应狨猴物种特异性发声的大脑活动，我们构建了一个实验系统，使用放置在头皮上的电极无创记录大脑活动。在这项研究中，我们描述了狨猴的脑电图测量方法。