在巴爾的摩約翰斯·霍普金斯大學神經科學家王曉勤的實驗室裡，充斥著類似高音雞尾酒會的喧囂聲。但發出喧鬧聲的靈長類動物是數十隻狨猴，這種猴子體型如松鼠般大小，身上有圖案，頭部兩側有白色絨毛。這些動物互相 chatter，停下來歪著頭，用好奇的表情審視著來訪者。
普通狨猴 (Callithrix jacchus) 在圈養條件下具有社交性和交流性，這與更常被用作靈長類動物模型的獼猴不同。今年一月，王和他的同事們揭示，狨猴也是唯一能像人類一樣聽到不同音高的非人類動物，例如音樂和聲調語言（如漢語）中的音高1。加州大學洛杉磯分校的聽覺研究員傅黔傑（Quianjie Fu）說，這使得狨猴成為研究人員在聽力和言語方面最接近人腦的替代模型，他並未參與該論文的研究。
直到最近，研究人員一直依賴於鳴禽進行此類研究，但鳥類的大腦與人類大腦差異太大，它們提供的見解有限。王希望狨猴能夠提高研究人員對交流進化的理解，並幫助他們改進人工耳蝸等裝置，以幫助失聰人士。
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在12月7日發表於《神經科學雜誌》的一篇論文2中，王和他的同事們描述了對狨猴進行電刺激研究的結果，這些狨猴可以像往常一樣自由地相互交流。該團隊首次表明，電刺激——例如人工耳蝸提供的電刺激——啟用大腦聽覺部分的方式與聲音不同。
這張新圖譜為研究人員提供了一個起點，以解答人工耳蝸無法很好地區分音高的問題——這是該裝置長期存在的問題。世界上最大的耳蝸製造商之一，位於加利福尼亞州瓦倫西亞的 Advanced Bionics 公司，現在開始在其狨猴身上測試其下一代裝置。該公司研發主管阿比吉特·庫爾卡尼（Abhijit Kulkarni）表示，靈長類動物對於這些改進至關重要，但他並未參與目前的研究。
穿透噪音
儘管人工耳蝸在音高方面存在問題，包括無法拾取高音或從背景噪音中分辨出人聲，但它們通常被認為是醫學上的成功案例。
但改進它們很困難。研究人員只能從人們的反饋中得知實驗裝置是否有效。傅說，將這種反饋與大腦中發生的事情聯絡起來，將確切地顯示出哪些電路模式導致了聲音的區分特徵，例如音調和音高。但觀察人類個體神經元的活動是不可能的。
在他們最新的論文中，王和他的同事們描述了他們如何觀察四隻成年狨猴（其中一隻耳朵失聰）的聽覺皮層（大腦的聽覺中心）中神經元的活動，當它們暴露於電刺激和聲刺激時。植入該區域的電極記錄了超過 1400 個個體神經元對正常耳朵中播放的聲音的反應，以及它們對類似於人工耳蝸在失聰耳朵中產生的電流的電刺激的反應。
研究人員發現，電刺激未能啟用許多對聲音有反應的神經元，包括一些參與音高感知的神經元。他們說，最可能的解釋是電流在大腦中擴散，開啟了本應在聲音處理過程中保持不活躍的神經元。這擾亂了大腦回路中啟用和去啟用的模式，而這種模式使正常聽力成為可能。
華盛頓大學西雅圖分校的神經生理學家詹姆斯·菲利普斯（James Phillips）說：“這篇論文真正引人入勝的問題是人工耳蝸未能成功地向大腦提供資訊。”他沒有參與這項研究。“我確實認為[這項研究]非常有價值，不僅可以深入瞭解其工作原理，還可以解釋原因。”
展望未來
華盛頓大學西雅圖分校的神經科學家朱莉·比勒爾（Julie Bierer）說，如果這些裝置被設計為選擇性地刺激那些對電脈衝沒有反應的神經元，那麼這些發現可能會帶來更好的人工耳蝸，她沒有參與該論文的研究。
但她說，聽覺刺激和電刺激之間的一些差異可能是由於裝置沒有像在植入人工耳蝸的人身上那樣持續開啟造成的。這可能會阻止聽覺系統透過隨著時間的推移重新佈線自身來適應新訊號。
王說，他的團隊計劃接下來這樣做，並測試幼猴的模式是否不同，幼猴的大腦更具可塑性。他們還建造了一個隔音室，多個裝有電刺激裝置的狨猴可以在其中跑來跑去並相互交流。這將使研究人員能夠將無線傳輸的大腦記錄與動物發出的聲音記錄聯絡起來，從而使他們能夠確定大腦如何在打鬥或進食等行為期間處理交流。
本文經許可轉載，並於2016年12月15日首次發表。