Sci Adv丨幼鼠發聲如何激活聽覺皮層？約翰斯·霍普金斯大學揭示自身發聲激活發育階段聽覺皮層

通常我們認為，聽覺的發育是先聽見聲音，大腦聽覺區域才會隨之成熟。比如人類胎兒在孕中晚期能感知宮內聲響，新生兒出生后依靠外界人聲、環境噪音不斷打磨聽覺分辨能力；小貓、小狗幼崽也要等耳道完全通透后，才能對外界聲響產生穩定反應。科學家們也認為，哺乳動物聽覺皮層早期活動僅來源于耳蝸自發電活動與后期外部聲刺激，忽略了大腦內部運動信號的潛在作用。

但最新一項針對新生小鼠的突破性研究，推翻了這一發育邏輯。

2026年7月3日，約翰斯·霍普金斯大學生物醫學工程系Patrick O. Kanold教授團隊在《Science Advances》上發表研究“Self--vocalizations activate the developing auditory cortex via an intracortical pathway”。

該研究以新生小鼠為模式生物，發現在耳道開放、外界聲音有效傳入皮層之前，幼鼠自身的超聲發聲即可通過前扣帶回皮層與次級運動皮層（ACC/M2）向聽覺皮層傳遞的運動副本信號激活聽覺皮層，揭示了聽覺發育早期一種全新的內源皮層活動來源，為理解聽覺環路發育及神經發育障礙機制提供了關鍵新證據。

開耳前聽覺皮層對自身發聲的反應強于外界聲音

研究采用在體雙側寬場鈣成像技術，分別檢測耳道開放前（P8-P9）、開放期（P10-P11）、開放后（P12-P14）三個階段聽覺皮層的活動。

結果顯示，三個年齡段均能檢測到與發聲起始同步的聽覺皮層激活；開耳前 83% 的幼鼠存在發聲相關反應，僅 17% 對外界純音有反應，且發聲誘發的反應幅度顯著高于純音反應。發聲相關反應無穩定的半球偏側化，且發聲期聽覺皮層內及跨半球的功能連接性顯著高于靜息期。

因此，開耳前，自身發聲驅動聽覺皮層活動的效率和幅度遠超外界聲音。

耳聾小鼠仍存在發聲相關皮層活動，排除外周聽覺傳入

Otoferlin基因敲除耳聾小鼠：Otoferlin是內耳毛細胞突觸傳遞的必需蛋白，敲除后聲音信號無法從耳蝸傳入大腦，是研究耳聾的理想模型。

為驗證活動是否依賴耳朵聽到的聲音，研究使用Otoferlin 基因敲除耳聾小鼠模型，同樣結合在體寬場鈣成像與發聲記錄開展實驗。

結果顯示，耳聾幼鼠的發聲頻率與野生型無顯著差異；開耳前 100% 的耳聾幼鼠聽覺皮層存在發聲相關反應，而純音反應幾乎完全缺失。同時，反應無半球偏側化，皮層內及跨半球的活動相關性仍保持高水平。

因此，耳聾小鼠中發聲仍能激活聽覺皮層，證明該活動不依賴耳朵聽到的聲音。

ACC/M2 與聽覺皮層存在直接投射且發聲時共激活

研究通過逆行示蹤技術和寬場鈣成像技術，探究信號的上游來源。

逆行示蹤結果證實，早在 P8 階段，前扣帶回皮層（ACC）與次級運動皮層（M2）就存在向聽覺皮層的直接投射。ACC/M2 在發聲時也出現同步的鈣活動，反應時程與聽覺皮層高度相似，且活動起始略早于發聲時刻。雙視野同步成像進一步發現，發聲時 ACC/M2 與聽覺皮層的活動相關性顯著高于靜息期，二者發聲相關事件的比例、幅度均相近。

因此，ACC/M2通過直接投射向聽覺皮層傳遞發聲的運動副本信號，兩者在發聲時高度共激活。

失活 ACC/M2 可減少發聲并降低聽覺皮層活動

為驗證 ACC/M2 的因果作用，研究采用藥理失活技術，向雙側 ACC/M2 注射GABAA 受體激動劑蠅蕈醇，對比失活前后的發聲行為與聽覺皮層活動。

結果顯示，失活 ACC/M2 后，幼鼠的自發發聲數量顯著減少；聽覺皮層中發聲相關事件的幅度大幅下降，事件間隔顯著變長。生理鹽水對照組的發聲與皮層活動均無顯著變化。

因此，失活ACC/M2同時減少發聲和聽覺皮層活動，證明該通路是發聲-聽覺耦合的因果來源。

一張圖看懂：幼鼠如何還沒聽清世界，先聽見自己？

本研究揭示了新生小鼠在聽覺外周成熟前，自身發聲通過ACC/M2 向聽覺皮層傳遞運動副本信號的全新機制，填補了外周自發活動消退、外界聲音傳入之間的皮層活動來源空白，呈現了聽覺皮層發育早期的內源驅動通路。

發育階段

外周聽覺

聽覺皮層激活來源

主要激活方式

開耳前（P8-P9）

尚未成熟

自身發聲（內源）

83%幼鼠對發聲有反應，僅17%對純音有反應

開耳期（P10-P11）

開始發育

自身發聲 + 外界聲音

兩者共存

開耳后（P12-P14）

基本成熟

外界聲音占主導

外部聲音輸入逐漸增強

小編寄語：

在幼鼠的耳道尚未開放、外界聲音還無法有效傳入大腦的早期階段，聽覺皮層就自己的發聲行為主動喚醒。從運動皮層（ACC/M2）通往聽覺皮層的通路將發聲指令提前送達聽覺皮層，讓大腦在聽之前就已經知道自己要發什么聲。

這一發現也為理解自閉癥等神經發育障礙中常見的聽覺異常提供了全新的視角。如果這條皮層內通路在發育早期出現偏差，可能會影響大腦學會傾聽的整個過程。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea2814

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