普林斯顿大学神经科学家解码它们微小的交配歌
情歌在动物王国中至少和广播中一样受欢迎。用音乐唱出真爱的小夜曲的重要性推动了从 《第十二夜》 到 《天鹅的号角》 到 《快乐的大脚》的情节发展。
对自然世界音乐的最新探索正在普林斯顿神经科学研究所的 Mala Murthy 实验室进行，Murthy 和她的研究小组利用神经成像、光遗传学、动作捕捉、建模和人工智能来精确定位水果的位置和方式。苍蝇的大脑在标准独奏和交配小夜曲之间切换。他们的 研究发表在最新一期的《自然》 杂志上。
“对我来说，这是非常值得的，在一个由来自不同背景的杰出科学家组成的团队中，我们齐心协力和方法论，找出了可以解释复杂行为的神经回路的关键特征——求爱歌曲的模式，”说Frederic Römschied，这篇论文的第一作者，也是 Murthy 实验室的前博士后研究员。他现在是德国哥廷根欧洲神经科学研究所的组长。
“如果你发现香蕉周围嗡嗡作响的果蝇会唱歌，你可能会感到惊讶，但这不仅仅是音乐，更是一种交流，”96 年卡罗尔和玛尼·马尔辛 (Karol and Marnie Marcin) 教授兼普林斯顿神经科学研究所所长 Murthy 说。“这是一次对话，有来回。他唱歌，她放慢速度，转身，然后他唱得更多。他不断评估她的行为，以决定如何唱歌。他们就这样交换信息。与鸣禽不同的是，他会根据她的所作所为来调整一切。这是一场对话。”
通过研究这些微小的大脑如何工作，研究人员希望能够获得一些见解，这些见解对于研究难度数百万倍的更大、更复杂的大脑来说是有用的。特别是，穆尔蒂的团队正在尝试确定大脑如何决定在哪种情况下哪种行为是合适的。
“大脑最令人印象深刻的能力之一是它能够产生适合特定环境的行为模式，”Murthy 实验室的五年级研究生 Max Aragon 说。“例如，你在咖啡店里与一群亲密朋友交谈的方式可能与你在晚餐时与亲戚交谈的方式非常不同。大脑中发生了什么让我们产生这种行为灵活性?”
果蝇在歌声中求爱
与蟋蟀 和 蚱蜢类似 ，果蝇也用翅膀唱歌，但它们一次伸展并振动一只翅膀。对于 果蝇来说，只有雄性果蝇才会唱歌。雌性的反应是走开或放慢速度，让雄性靠近。雄性果蝇不能强迫交配;他必须追求她。
“他追着她唱歌给她听，她选择是否为他放慢速度，”穆尔蒂说。“它们会跳这种舞蹈 20 分钟左右，直到她放慢速度来交配。在他们求爱期间，他会为她唱数百首&luo;歌曲&ruo;。”
最简单的歌曲只持续几分之一秒，而复杂的歌曲可能会持续几秒钟。
穆蒂播放了一段果蝇小夜曲的片段，放大了数千倍：一系列脉冲与更多音乐音调混合在一起。
“这才是真正的歌。它没有减慢或加速，”穆尔蒂说。“这里太安静了，即使果蝇落在你耳边，你也听不到。你需要放大它，因为果蝇有很小的翅膀，但仅此而已。这实际上就是他给她唱的歌。”
“脉冲”是雄性在远离雌性时发出的声音，以引起雌性的注意，而他在近距离时发出的更优美的小夜曲是“正弦”歌。还有第三种模式，“复杂”，它在脉冲和正弦歌曲之间来回翻转。
当他追赶而她躲避或鼓励他接近时，歌曲在简单的仅脉冲歌曲和复杂的脉冲和正弦小夜曲之间来回闪烁。她似乎也喜欢交替的模式。用学术界的临床语言来说，该论文称，“雌性可能希望交配的复杂性，因为交配前的大多数交配都是复杂的。”
普林斯顿大学大胆押注好奇心驱动的研究
普林斯顿大学的一些资源有助于回答这个问题。该团队使用了 LEAP (LEAP 估计动物姿势)及其下一代 SLEAP (社交 LEAP 估计动物姿势)，这两种工具都是由之前普林斯顿大学合作开发的基于深度学习的动作捕捉工具，可以准确量化苍蝇的移动方式和位置它们是相互关联的。此外，果蝇的神经成像是在 捐赠基金资助的贝索斯神经回路动力学中心进行的。
“普林斯顿是一个特殊的地方，鼓励具有不同专业知识的科学家之间的合作，从计算神经科学到物理学等等，”阿拉贡说。“PNI 是一个相对较小的机构，因此很有可能遇到某个有好主意的人，而这个好主意恰好可以解决您在工作中遇到的问题。”
“在普林斯顿大学，与 Mala Murthy 一起工作，营造了一种极其支持的氛围，新颖的想法总是受到鼓励，而且从想法到实验的道路没有官僚障碍，”Römschied 表示同意。
研究人员利用 SLEAP 发现，在独奏模式和小夜曲模式之间切换的关键原因是邻近性——雄性和雌性果蝇的距离有多近。
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