挠痒诱导的嬉戏行为中，幼年大鼠50kHz超声波叫声的性别差异研究
2026-06-05 来源:本站 点击次数:32你有没有想过，当你逗弄一只鼠，它发出高频的“咯咯”声，是不是在笑？事实上，科学家们也一直在探索这个问题。早在20多年前，研究人员就发现，实验室大鼠在被“挠痒痒”时会发出人耳听不见的50千赫兹（kHz）超声波叫声（USVs），这种行为被认为是大鼠表达积极情绪的一种方式，类似于人类的笑声。
问题来了：大多数研究都集中在雄性大鼠身上，那雌性大鼠呢？它们会不会也“笑”？它们的“笑声”和雄性一样吗？为了解答这些疑问，来自英国爱丁堡大学等机构的研究团队开展了一项系统性的研究，结果发现：雌雄大鼠在嬉戏时发出的50 kHz叫声不仅数量不同，连“语气”也不一样。
本文将带你走进这项有趣的实验，看看科学家是如何用“挠痒痒”逗乐大鼠，并从中发现性别差异的，这一发现或将为动物情绪研究与福利改善打开新窗口。
一、背景
大鼠是一种高度社会化的动物，它们会通过超声波叫声进行交流。尤其是50 kHz左右的叫声，通常与积极情绪相关，比如玩耍、期待奖励、社交互动等。而在这些叫声中，科学家进一步将其分为两大类：
- FM：频率波动明显，常伴随玩耍、追逐、打闹等行为，被认为是“积极情绪”的信号。
- flat：频率变化不大，更多与社交沟通、协调行为有关，甚至在雌性大鼠的交配行为中更为常见。
然而，过去的研究大多只关注雄性大鼠，导致我们对雌性大鼠的情绪表达了解甚少。更有研究表明，性别差异不仅存在于生理结构上，也可能影响情绪行为。因此，本研究系统比较了雌雄大鼠在被挠痒痒时，FM和flat两种叫声与具体行为之间的关联。
二、材料与方法
2.1 实验动物
研究使用了64只幼年Wistar大鼠（32只雌性，32只雄性），年龄在23–24天之间，体重约39–75克。它们来自4个不同的窝，每窝提供4只雌性和4只雄性。大鼠被随机分为两组：
- 挠痒组（tickled）：接受15秒的“挠痒痒”刺激，交替进行15秒的“无接触”休息，共持续2分钟。
- 对照组（control）：仅有一只手静止在实验箱内，不与大鼠接触。
2.2 实验环境与光照周期
大鼠被置于反12小时光照周期中（灯光亮起时间：00:00，熄灭：12:00），所有实验均在黑暗阶段进行，以减少光照对行为的影响。
2.3 挠痒痒实验流程
实验分为两个阶段：
适应期（5天）：每只大鼠每天被单独放入实验箱（60×60×25 cm透明亚克力箱）中5分钟，适应环境，并有一只静止的戴手套的手出现在箱内。
正式测试（10天）：每天进行2分钟的测试，录像并录音。挠痒组的大鼠在第15秒开始接受“挠痒”刺激：实验者用戴白色棉手套的手指快速挠动大鼠颈部背面，若大鼠翻身露腹，则也挠其腹部。对照组大鼠则只有静止的手。
2.4 动物行为学记录与分析
实验者使用Noldus的行为观察记录分析系统(The Observer XT)对视频和行为数据进行系统分析。The Observer XT是一款专业的行为观察与记录软件，广泛用于动物行为学研究，尤其适合与超声波叫声同步分析。
行为定义：
在每天两分钟的测试阶段中，使用摄像头进行记录。在测试的最后一天，实验者使用The Observer XT分析了两分钟的动物行为。行为类别如下：跳跃（Hop），快速冲刺（Dart），手部靠近（Approach），探索（Exploration），奔跑（Run）。
超声波叫声分析：
超声叫声由麦克风采集，采样后导入声音行为分析系统(UltraVox XT)进行声谱图分析。分类FM和flat叫声：
Flat USV：在30–90 kHz 频率范围内频率近乎恒定，且平均斜率介于 −0.2 至 0.2 kHz/ms 之间；
FM USV：频率30–90 kHz，且包含短时（<15 ms）正弦振荡模体的鸣叫声，根据过往文献中的分类，这些鸣叫声涵盖了颤音型、复杂型、多阶梯型以及带跳跃的颤音型。
行为与叫声的同步：
通过The Observer XT将视频与声谱图时间轴对齐，统计每只大鼠在某一行为发生前的1秒内和行为进行中所发出的FM和flat叫声数量。为什么要看“前1秒”？因为研究表明，叫声往往在行为发生前600 ms内就已发出，具有“预测”作用。
三、研究结果
- 与嬉戏相关行为（Hopping, Darting, Hand Approach）的USV产生
Flat USVs与嬉戏行为（图1）：
性别差异显著：雌性大鼠在跳跃和冲刺行为发生前和发生期间，发出更多的flat USVs，显著高于雄性大鼠。
挠痒组效应：挠痒组大鼠（不分性别）在跳跃和冲刺行为发生前和发生期间发出更多flat USVs。
手部靠近： 雌性大鼠在手部靠近行为发生前和发生期间，发出更多的flat USVs，显著高于雄性大鼠。挠痒组大鼠在手部靠近期间也发出更多flat USVs。
核心洞察： 雌性大鼠在与嬉戏相关的行为中，倾向于产生更多的flat USVs，这表明flat USVs在雌性大鼠的嬉戏中可能扮演了与雄性大鼠不同的角色。
FM USVs与嬉戏行为（图2）：
挠痒诱导效应：挠痒组大鼠（不分性别）在跳跃和冲刺行为发生前和发生期间，发出更多的FM USVs，显著高于对照组。
手部靠近：挠痒组大鼠（不分性别）在手部接近行为发生前发出更多FM USVs。
性别差异不明显：在跳跃和冲刺行为中，FM USVs的产生没有显著的性别差异。
核心洞察：FM USVs与挠痒诱导的嬉戏行为（跳跃、冲刺、手部靠近）紧密相关，且这种关联在雌雄大鼠中一致，表明FM USVs是积极情感状态的普遍指标。
- 与非嬉戏相关行为（Exploration, Running）的USV产生
Flat USVs与非嬉戏行为（图3）：
探索行为：挠痒组大鼠在探索行为发生前和发生期间发出更多flat USVs。对照组雄性大鼠在探索时发出的flat USVs较少。
奔跑行为：flat USVs与奔跑行为之间没有显著的处理或性别交互作用，也没有主要的处理或性别效应。
FM USVs与非嬉戏行为（图4）：
探索行为：对照组雌性大鼠在探索前发出更多FM USVs，而挠痒组雄性大鼠在探索前发出更多FM USVs。在探索期间，对照组雌性大鼠发出更多FM USVs，挠痒组雄性大鼠发出更多FM USVs。挠痒本身并未影响FM USVs与探索的关联。
奔跑行为：挠痒组雌性大鼠在奔跑前和奔跑期间的FM USV率最低。对照组大鼠（不分性别）在奔跑前和奔跑期间发出更多FM USVs，表明挠痒组的FM USV在奔跑时较少。
四、总结与启示
核心发现： 研究证明在挠痒诱导的行为中，flat 50 kHz USVs的产生存在性别差异。雌性大鼠在跳跃、冲刺和手部接近等嬉戏行为中发出更多的flat USVs，而雄性大鼠则较少。
FM USVs作为积极情感指标：FM 50 kHz USVs与嬉戏行为的关联在雌雄大鼠中一致，进一步支持了其作为积极情感信号的作用。
Flat USVs的性别特异性角色： 雌性大鼠在嬉戏中更多地使用flat USVs，这暗示flat USVs在不同性别中可能具有不同的社会交流功能，例如在雌性中可能不是用于建立支配地位，而是用于其他未明确的社会目的。
研究影响： 这些发现对我们理解幼年雌雄大鼠不同USVs的功能具有重要意义，并强调在将挠痒作为一种福利干预措施时，需要考虑性别差异。
参考文献
Tivey, Emma KL, et al. “Sex differences in 50 kHz call subtypes emitted during tickling-induced playful behaviour in rats.” Scientific Reports 12.1 (2022): 15323.
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