華大在線(xiàn)訊（通訊員 朱瀟瀟）近日，國(guó)際著名綜合性期刊Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS（美國(guó)科學(xué)院院刊，影響因子：12.78）發(fā)表了生命科學(xué)學(xué)院羅金紅教授課題組和武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院李星星教授課題組的合作研究成果，論文題目為“Sensory Error Drives Fine Motor Adjustment”（https://doi.org/10.1073/pnas.2201275119）。我校研究生汪慧敏、武漢大學(xué)研究生周宇軒為論文的共同第一作者，武漢大學(xué)李星星教授和我校羅金紅教授為論文共同通訊作者。

羅金紅教授課題組以大蹄蝠（Hipposideros armiger）為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，利用聽(tīng)覺(jué)反饋干擾行為范式解析了大蹄蝠發(fā)聲頻率調(diào)節(jié)的計(jì)算機(jī)制。實(shí)驗(yàn)人員基于FPGA（可編程邏輯門(mén)陣列）技術(shù)首次搭建了聲信號(hào)輸入–輸出時(shí)延低于千分之一秒的實(shí)時(shí)變頻聽(tīng)覺(jué)反饋干擾平臺(tái)，從而可以在線(xiàn)調(diào)節(jié)大蹄蝠接收到的聽(tīng)覺(jué)反饋信息。通過(guò)創(chuàng)造聽(tīng)覺(jué)感覺(jué)誤差，研究人員發(fā)現(xiàn)大蹄蝠呈現(xiàn)出了快速的頻率補(bǔ)償行為——發(fā)聲頻率改變方向與干擾頻率（感覺(jué)誤差）方向相反。

大蹄蝠發(fā)聲頻率改變方向與頻率干擾方向相反，呈現(xiàn)出頻率補(bǔ)償行為

該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，干擾頻率（感覺(jué)誤差）的大小影響大蹄蝠頻率補(bǔ)償?shù)拇笮?，但是兩者并不是?jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系。其中在正向50音分的頻移下，大蹄蝠的頻率補(bǔ)償行為最為明顯。這可能是因?yàn)檎?0音分對(duì)應(yīng)的飛行速度與大蹄蝠在自然狀態(tài)下的飛行速度最接近，蝙蝠對(duì)此實(shí)驗(yàn)條件感覺(jué)更真實(shí)。

大蹄蝠在不同干擾頻率下的頻率補(bǔ)償

目前關(guān)于回聲定位蝙蝠發(fā)聲頻率調(diào)節(jié)的假說(shuō)主要包括多普勒頻移補(bǔ)償（Doppler shift compensation）、干擾規(guī)避反應(yīng)（Jamming avoidance response）和注意反應(yīng)假說(shuō)（Attention reaction hypothesis），但是這些現(xiàn)有的假說(shuō)均不能完整地解釋本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。隨后，研究人員將思路投向了人類(lèi)言語(yǔ)的頻率調(diào)節(jié)假說(shuō)——感覺(jué)誤差校準(zhǔn)假說(shuō)（Sensory error correction）。人類(lèi)言語(yǔ)的頻率調(diào)節(jié)機(jī)制研究相對(duì)透徹，已經(jīng)建立了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)計(jì)算模型。課題組經(jīng)過(guò)不懈努力，成功將人類(lèi)言語(yǔ)頻率調(diào)節(jié)的狀態(tài)反饋控制（Statefeedbackcontrol）模型應(yīng)用到了大蹄蝠回聲定位聲波頻率調(diào)節(jié)上。在大蹄蝠上構(gòu)建的狀態(tài)反饋控制模型不僅具有極高的精度（總體誤差僅為61Hz，約為大蹄蝠自然發(fā)聲頻率變異的四分之一），而且能解釋為什么同一只蝙蝠在不同聽(tīng)覺(jué)反饋干擾條件下呈現(xiàn)出不同的發(fā)聲頻率調(diào)節(jié)行為，也能夠解釋同一條件下不同個(gè)體之間的顯著行為差異。

大蹄蝠發(fā)聲頻率調(diào)整的計(jì)算模型

該研究揭示了感覺(jué)誤差是驅(qū)動(dòng)回聲定位蝙蝠動(dòng)態(tài)發(fā)聲調(diào)節(jié)的基本機(jī)制，也說(shuō)明盡管蝙蝠回聲定位和人類(lèi)言語(yǔ)的功能完全不同，但是它們?cè)诼?tīng)覺(jué)反饋-發(fā)聲控制方面依賴(lài)共同的計(jì)算原理。

該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、國(guó)際人類(lèi)前沿科學(xué)“職業(yè)發(fā)展獎(jiǎng)”等項(xiàng)目資助。

（審讀人：謝波）