发声和听觉系统的作用与特点

一、实验鼠的发声

除了敏感的触觉系统以外，实验鼠同样具有发声和听觉系统。根据实验鼠的解剖结构，实验鼠含有声带，因此可以发出声音。但不同的是，实验鼠可以采用两种不同的方式发声[17]：第一种方式是采用与人类似的方式，通过声带振动发出声音。这类的声音通常频率较低，与人类的听觉范围重合，是我们可以听到的发声，称为22-kHz发声。第二种方式属于实验鼠特有的发声方式，它通过挤压声带形成小孔，令肺部气体快速通过小孔产生振动，进而发出声音。这种发声方法类似于人类吹口哨的方式，只不过由于声带形成的孔很小，因此产生声音的频率是在人类听觉范围（20 Hz～20 kHz）之外的超声，称为50-kHz发声。此外，实验鼠幼崽还可以发出一类称为40-kHz发声的声音[18]。下面，对这3类声音进行分别介绍。

（一）50-kHz发声

一般地，实验鼠50-kHz发声的声音频率在32～96 kHz，单次发声的频率波动为5～7 kHz，发声的持续时间一般为30～50 ms。通常，此类发声多见于实验鼠兴奋（或者说不厌恶）的情形。例如，交配、打斗、被熟悉的饲养者搔挠，以及青年实验鼠间玩斗等。因此，50-kHz的发声多表示实验鼠的一种正面情绪，伴随此类发声的实验鼠行为多是接近（另一只实验鼠）、直立、探索（周围环境）等。从频谱上来看，实验鼠50-kHz发声的种类比较多，如图2-10（a）～图2-10（m）所示[19]，不仅有单种类型的发声，甚至还有不同种类发声的组合（图2-10（n））。

（二）22-kHz发声

一般地，实验鼠22-kHz发声的声音频率在18 kHz到32 kHz之间，单次发声的频率波动在1～6 kHz，发声的持续时间比50-kHz长很多，一般为300～4 000 ms，声压级在65～85 dB。通常，此类发声多见于实验鼠比较厌恶的情形。例如，被捕食者捕食、遇到不可避免的痛苦、被同类击败、听到尖锐的噪声，或是遇到令其痛苦的事情等。因此，22-kHz的发声多表示实验鼠的一种负面情绪，伴随此类发声的实验鼠行为多是紧张、明显可见的呼吸以及静止不动等。例外的是，实验鼠在交配结束后，也会偶然性地发出22-kHz的声音，此种情形下并不表示实验鼠的负面情绪。从频谱上来看（图2-10（o）），实验鼠22-kHz的发声比较单一，多是频率平稳的持续叫声。

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图2-10　实验鼠50-kHz发声及22-kHz发声频谱图

（三）40-kHz发声

40-kHz的发声只见于实验鼠幼崽，发声的频率在30～65 kHz。除了22-kHz发声外，实验鼠幼崽的这类40-kHz发声也表示一种负面情绪。当幼崽被带离巢穴或母鼠身边时，实验鼠幼崽会发出这类声音，并伴随着搜寻或回巢等行为。

基于以上3种不同类型的发声，可以通过检测实验鼠的发声类型获知其内心的情绪状态，从而实现对实验鼠情绪的检测。进一步地，也可以利用检测到的实验鼠发声作为反馈，并有针对性地改变机器鼠的交互策略，从而达到控制实验鼠情绪的目的。

二、实验鼠的听觉

实验鼠的听觉范围在500 Hz～64 kHz[20]，这个范围远远超出人类可以感知的声音的范围，因此实验鼠可听到许多人类无法听到的声音，这可能会对实验鼠与机器鼠的交互产生影响。因为在机器鼠运动过程中，电机等部位将产生许多超声波，所以在将机器鼠与实验鼠进行交互时，要尽量对实验鼠进行脱敏处理，即令实验鼠失去对机器鼠超声的敏感性。

此外，由于实验鼠两耳间间距比人要小很多，因此其双耳定位功能不如人类以及许多大型动物。研究表明[21]，实验鼠双耳定位的空间分辨率为9.7°～12°，远小于人类的分辨能力（2°～3.5°）。