斑马雀距离叫声的情境依赖调制：新范式揭示鸟类发声灵活性

为探究斑马雀叫声是否灵活，研究人员设计新范式，发现其距离叫声可因情境调制，增强了对鸟类发声灵活性的理解。

　　在鸟类的世界里，声音是它们交流的重要方式。斑马雀（Taeniopygia guttata）作为研究鸟类发声学习和交流的关键物种，会发出各种不同含义的叫声，其中距离叫声用于远距离联系。然而，长期以来，科学家们一直好奇这些叫声究竟是固定不变、含义单一的，还是会根据不同情境灵活变化呢？过去，虽然对斑马雀的歌唱行为研究众多，但对其叫声意义的关注却相对较少。而且，传统研究方法在探究叫声灵活性和情境使用方面存在不足，无法让鸟类充分发挥发声作用，所以开发新的研究范式迫在眉睫。

在此背景下，来自伊朗基础科学研究所（IPM）等机构的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。这项研究设计了一种全新的行为范式，旨在训练食物受限的斑马雀用距离叫声来获取食物，进而深入探究斑马雀距离叫声的灵活性和情境依赖调制情况。

研究人员在实验过程中用到了多个关键技术方法。首先，开发了一个强大稳定的闭环发声检测和分类系统，该系统采用单向长短期记忆（LSTM）递归神经网络（RNN），能实时分析鸟类发声，准确检测和分类斑马雀的发声，在实验中发挥了重要作用。其次，通过精心设计的训练程序，对斑马雀进行分阶段训练，包括预训练、训练和后训练阶段，观察其在不同阶段的发声变化 。

研究结果主要体现在以下几个方面：

1. 闭环 VAD 系统助力训练：研究人员开发的闭环 VAD 系统十分有效，能准确检测 87.91% 的斑马雀发声，误报率为 11.54%，仅漏检 0.55%。利用该系统，成功训练了 90%（9/10）的斑马雀学会用距离叫声获取食物。在训练后，食物受限条件下斑马雀距离叫声的频率显著增加，且相比吃饱的状态，饥饿时它们发出的距离叫声更多，这表明斑马雀建立了距离叫声和获取食物之间的联系12。
2. 距离叫声存在情境调制：研究发现，斑马雀在回应其他斑马雀（受众导向距离叫声，aDC）和请求食物（目标导向距离叫声，gDC）时，发出的距离叫声在声学特征上有显著差异。aDC 的功率更高，谐波更丰富，高频成分更平滑。对两只训练过的斑马雀分析显示，aDC 和 gDC 在功率、音高、音高优度等声学特征上分布差异显著，不过维纳熵无明显差异。通过线性判别分析（LDA）对发声进行分类，两只斑马雀的分类准确率分别达到 73.03% 和 82.91%，进一步证实了距离叫声会根据情境进行调制34。

在研究结论和讨论部分，此次研究意义重大。一方面，该研究开发出首个斑马雀目标导向发声范式，首次证实斑马雀能根据情境调制发声，挑战了传统观点，表明距离叫声并非固定不变，可用于不同目标。另一方面，这一范式为未来研究提供了新工具，有助于进一步探索 “发声使用学习”，比如研究斑马雀如何优先处理竞争性发声行为，以及探究其他鸟类能否感知这些微妙的发声变化。此外，研究还引发了一系列思考，如这种调制能力是否仅存在于学习的发声中，以及其背后的神经回路机制。研究推测，控制歌曲产生可塑性的神经回路可能也参与调节距离叫声，涉及前脑通路、弧束核（RA）、高级发声中枢（HVC）、尾侧巢皮层（NC）和丘脑运动核（Uva）等，这为后续研究指明了方向。

总的来说，这项研究揭示了鸟类发声并非静态和反射性的，而是具有动态调制能力，展现出有趣的灵活性。这一发现为研究动物交流开辟了新途径，有望推动相关领域的进一步发展。