2008年6月12日，国际著名期刊《自然》（Nature）正式发表了题为“Ultrasonic frogs show hyperacute phonotaxis to female courtship calls”有关凹耳蛙声通讯的最新研究成果。

 

论文第一作者及通讯作者为中国科学院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室沈钧贤研究员，其他合作者有美国伊利诺伊大学电子工程专业出身、长期从事蛙和蝙蝠研究的听觉神经科学家冯士弘（Albert S. Feng）教授，美国加州大学洛杉矶分校长期从事动物声通讯研究的皮特·纳林斯（Peter M. Narins）教授等。这是中美科学家合作研究的生物物理学与神经科学交叉项目中取得的重要成果。

 

这是我国凹耳蛙声通讯研究中的又一项重大进展。求偶声在蛙繁殖中起关键作用。在求偶期间，雄蛙叫声通常占主导，宣告它们精力充沛，而雌蛙较为被动，偶尔产生弱的回答声，或轻击声音。虽然雌蛙具备发育良好的发声系统，但在以雄蛙为主的通讯系统中雌蛙是否产生叫声，至今尚不清楚。沈钧贤及其同事用与计算机连接的超声传声器，在安静、黑暗房间里记录了雌蛙罕有的叫声。他们发现，排卵之前，雌蛙发出短促而高频的声信号，明显不同于雄蛙的广告声。然后，他们回放雌蛙叫声来检测雄蛙的反应，发现雄蛙不仅增加了叫声活动，并趋近声源。雄蛙一听到雌蛙叫声，经常调准朝向，以非凡的精确度长距离地跳向喇叭。研究认为，凹耳蛙可能进化了这种高频超声系统，成为在嘈杂的栖息地进行明确通讯的一种方法。

 

早在今年5月8日，Nature就已经发表了关于凹耳蛙声通讯研究取得最新成果的新闻稿。5月11日，Nature网络版发表了这篇论文，分析了雌性凹耳蛙Odorrana tormota的超声求偶声，揭示了一个令人惊讶、发育良好的声通讯系统，这是对急流噪声环境的一种适应。5月28日，《自然中国》（Nature China）正式发布消息，沈钧贤研究员的论文“Ultrasonic frogs show hyperacute phonotaxis to female courtship calls”已被Nature China选为来自中国大陆和香港的突出科学研究成果。

 

 

当美国科学家独自进行凹耳蛙声分析研究的时候，也曾经给Nature提交过论文，但被拒绝。为什么中美双方合作之后，这项研究能够取得这么好的成果？据相关研究人员介绍，无数个寂静的深夜，沈钧贤和夫人徐智敏在黄山付出了惊人的毅力和艰辛的努力。每天傍晚到凌晨，他们都要在黄山桃花溪寻找雌性凹耳蛙，并进行实验（图1-2）。

 

论文的合作者Albert S. Feng 和Peter M. Narins也非常佩服沈钧贤研究员实验中的细心。

 

“目前我国只有少数人专门从事这项研究，希望能够有人继承我的研究。”在接受采访时，沈钧贤表示。

 

沈钧贤是中国科学院生物物理研究所研究员、博士生导师。他长期从事动物声通讯和听觉神经生物物理学课题研究，应用生物声学、神经生理学与神经解剖学相结合等技术，以螽斯、小鼠、蝙蝠和蛙为对象，探索声通讯行为基本特征及其神经机制，取得了系统的、创造性学术成就，对生物声学和听觉机理等领域有重要的影响。2004年与美国合作研究凹耳蛙声通讯行为及听觉，获得重要发现，有关论文已发表在Nature。

 

6月12日已经是Nature第2次发表沈钧贤这项研究的论文。2006年3月16日，Nature上就发表过沈钧贤与Albert S. Feng和Peter M. Narins等合作的研究成果“蛙进化超声通讯”，证实凹耳湍蛙是第一个能够像蝙蝠那样利用人类听不见的超高频声音通讯的非哺乳动物物种。因为从生物进化来看，齿鲸目与蝙蝠等动物可以产生并检测出超声，用于种内通讯或者回声定位，而两栖类动物是完全独立的另一条进化途径。文章指出，凹耳湍蛙具有超声通讯的能力，可能是适应喧闹生境、发声及听觉系统“协同进化”的结果。这是关于动物声通讯进化的一个重要发现。

 

检测声源空间位置是动物声通讯与听觉功能的一项重要内容。以往生理学研究认为，哺乳动物初级听皮层对空间听觉所起的作用不大。针对上述问题，沈钧贤根据胞外电生理记录技术，研究了蝙蝠、小鼠听皮层与下丘听觉神经元的方向敏感性，取得一系列重要结果：证实了大棕蝠初级听皮层神经元按照双耳性和频率调谐特性呈功能柱组构；证实大棕蝠听皮层双耳性神经元有明显的方向敏感性，有多种方位角调谐曲线。此结果是对Suga等关于“髭蝠听皮层双侧兴奋的双耳神经元没有方向敏感性”的重要修正。

 

就像今年Nature China跟踪评价之快那样，1998年，沈钧贤与徐智敏关于“铺道蚁捷径返巢”的论文即将在Animal Behaviour上发表，ScienceNow立刻发表了题为 “A Smart，Social Ant” 的评论，表示“发现这种导航系统是令人吃惊的。以前科学界一直认为，在社会复杂性与个体学习能力之间存在反比关系，复杂社会性蚂蚁只能完成简单任务，故不必进化更多脑功能”。

 

此外，沈钧贤研究员系统地研究了螽斯听觉神经元的结构与功能，有27篇研究成果在J Comp Physiol A、Progress in Brain Research、J Acoust Soc Am、Science in China以及Chin Sci Bull 等期刊上发表。

 

 

记者与沈钧贤研究员从未谋面，所了解的也都是关于他的科研成果以及他的学生们讲述老师在实验中的故事。在我心里，作出这么多科研贡献的科学家，应该是一个不会笑、非常严肃的人。然而，第一次见面，沈钧贤的笑声和问候让笔者心里放松了很多。

 

“这位是我的爱人。”他向我介绍实验室里的另一位和蔼慈祥的老师，高级工程师徐智敏。据了解，现在实验室里的很多事情，都是徐智敏协助他完成的（图3）。

 

“他从来没有节假日，天天忙着科研，我几乎要天天陪着他。”在接受采访时，徐智敏略带抱怨，又处处透露幸福地说，“虽然我不喜欢，也没有时间逛街，但是希望他能陪我逛街，可是他总怕工作的时间不够用。”

 

沈钧贤快乐地听着老伴在身边的抱怨，不时地插上一两句。原来他们是大学同班同学，1964年毕业之后，沈钧贤主动给对方写了信，两个人的故事就是从那时开始的。

 

“他给我写信表示想在一起，我就答应了。”徐智敏说。

 

据脑与认知科学国家重点实验室余祖林博士、沈钧贤的学生介绍，两次在Nature发表论文，引起广泛关注的这项实验主要在黄山桃花溪开展的，沈钧贤几乎天天都要带着爱人在深夜里捕捉凹耳蛙。

 

“每天从半夜12点到天亮之前是凹耳蛙最活跃的时候，那个时候最容易捉到它们。” 沈钧贤非常兴奋地说。

 

其实，黄山桃花溪布满了奇形怪状的石头，在那里寻找凹耳蛙是非常危险的。为了寻找它们，沈钧贤曾沿着巨石头梁上摔了下去，全身伤得很厉害，布满鲜血。

 

徐智敏在讲这件事情的时候透露出了对老伴的心疼，她说：“当时，我被吓得尖叫，拼命地喊人来救他。可是，当时深夜几乎200米之内只有我们两个人。”

 

听到妻子的描述，沈钧贤笑着说：“当时学生所在的位置离我很远，我自己能爬起来。虽然受了点伤，但这不算什么。”

 

实验合作者Albert S. Feng表示，当美国科学家独自进行凹耳蛙声分析研究的时候也曾经给Nature提交过论文，但被拒绝。中美双方合作，特别是沈钧贤超人的细心和努力付出，这项实验才会取得这么大的成绩。

 

“他最新发表的论文，Nature评审专家没提出任何修改意见，基本上是原文发表。”徐智敏骄傲地表示。

 

2007年，沈钧贤的“蛙高频声通讯的生物物理基础”这一项目获得了国家自然科学基金重点项目资助。这一项目的科学意义主要表现在，声通讯是动物进化的重要方面。声通讯的优点是传播范围广、障碍少、声信号检测快。不过，声信号容易被环境噪声掩蔽。动物怎样应对嘈杂生境，有效地实现声通讯？凹耳蛙栖居在湍急溪流附近。最新研究发现，凹耳蛙叫声延伸到超声范围，有超声通讯能力。而普通蛙叫声简单、频谱窄，可听频率约50~3500 Hz。这提示凹耳蛙的声通讯系统适应喧闹生境、有明显“协同进化”，显著不同于普通蛙。此项基础性研究，不仅对了解动物声通讯进化有重要科学意义，且在“强噪声背景中如何彼此倾听”及“新型助听装置设计”方面，有一定启示作用。

 

未来四年中，沈钧贤将和徐智敏一起继续在黄山和北京实验室进行这项研究。主要采用激光测振仪测量凹耳蛙鼓膜频率响应，用电生理技术研究听觉信息加工等。

 

 

今年四川汶川8.0级大地震，震撼了中国和世界。沉痛的教训又一次提示了地震预报的重要性。地震预报虽然是尚未突破的世界性难题，但只有不断地探索和研究，才能逐步逼近。虽然生物异常现象仅仅是地震宏观前兆之一，但其广泛性以及与人类生活的相伴性，使之在临近地震发生时，提高人们的警觉性和避免伤亡具有重要的现实意义。

 

震前动物异常研究是一项非常有意义的观测和研究工作，我国是世界上首次进行震前动物异常研究的国家。

 

1966年邢台地震后，中国科学院生物物理研究所开创了我国“地震生物预报”的专业性研究，沈钧贤是其中重要的研究人员，并在其后的10年中，在国际上率先开创了动物与地震前兆关系的科学考察和研究。1975年海城7.3级地震的成功预报，这让世界看到了地震预报的曙光。

 

正如美国学者（D.Monagan）所指那样，中国海城地震的经验打开了西方科学家的眼睛，使他们开始考虑物理学事件与生物学事件之间的关系，这将关系到千百万人的生命（Science Digest, June, 93~96）。唐山地震后，国际上兴起了地震生物“热”，美国、日本、前苏联和意大利等国家先后开展地震前生物异常现象的观察和研究。这场地震生物“热”约持续了15年，1990年前后冷落下来。对于这样的探索性极强、见效又慢的研究课题，得不到应有的资助而难以坚持下去，出现由“热”而“冷”的局面不足为奇。

 

四川汶川地震之后，《科学时报》发表了江丕栋执笔的文章《从汶川地震看基础研究与国家需求的关系——回顾中断10年的中科院生物物理所震前动物行为异常研究》。文中介绍 “1966年3月，河北省邢台地区相继发生6.8级和7.2级强烈地震，生物物理所首批科研人员于3月23日（另一说是29日）到达地震区，对动物与地震的关系开始科学考察和观察研究，其后一直坚持了30年。在地震前动物习性异常的特点、行为活动的定量观测、动物检测地震前兆可能性的能力和机理研究等方面，取得了一定的学术和技术成果，在国内外学术界具有一定的影响和知名度。”这篇文章引起了一些科学记者的关注。

 

其实，早在1978年，美国国内地质调查部发行的Earthquake Information Bulletin就已经发表了沈钧贤关于动物异常与地震预报的文章，使中国的研究成果得到美国的关注。在动物与地震研究方面，沈钧贤参与主持的“临震前动物行为反应的调研”获中国科学院重大科技成果奖（1978年）；1976年，积极参与四川动物行为异常调研与分析，“1976年松潘、平武7.2级地震中短期预报”被评为国家地震局科学技术进步一等奖（1985年）。他执笔撰写的著作《动物与地震》，1985年获国家地震科普作品二等奖；其任编剧和科学顾问的影片“动物与地震”（珠江电影制片厂，1980年），对普及地震知识有着重要意义。图4为沈钧贤向诺贝尔奖得主展示科研成果。

 

 

在对听觉功能多年研究的基础上，沈钧贤与临床医生合作，对仿生中耳进行在体言语声评估，研究论文曾发表在2000年的Ear and Hearing。2002年，沈钧贤研究员主持的项目“人工中耳在体纯音传输特性实验研究”获得北京市科学技术三等奖。

 

人工电子耳蜗，即仿生耳，是在高度耳聋的人的内耳植入电极，声信号由语音处理器处理后转换为电信号，经发射器传送，最后传到植入电极，受电信号刺激的内耳产生神经脉冲，上传到大脑的听觉皮层。这项技术可以使高度耳聋的人获得听力并学会说话。中国人自己创造人工电子耳蜗，不仅可以打破“洋电耳”一统天下的垄断，更可能以其低廉的价格，使更多的耳聋患者重返有声世界。

 

另一项中、美两国科学家合作项目，是探索“东西方人怎样认知数字”的科学问题。通过参与项目设计、结果分析和讨论等，发现东西方人对数字存在不同的神经编码方式，可能受到语言获得期间视觉阅读经验的影响，而其他文化因素如数学学习策略和教育体系也会产生影响。这一发现支持一个令人惊讶的结论，即文化能塑造大脑的某些行为。Perfetti之前发现，当美国学生学习中文后，所谓的“中文”脑区得到强化，智力有所提高。这篇论文2006年在《美国国家科学院学报》（PNAS）上发表，得到学术界重视。

 

“他（沈钧贤）总是觉得时间不够用，每天早晨6点就到实验室，没有节假日，虽然辛苦，但是只有这样做才能对得起我们的良心。”徐智敏表示，“我们都是普通人，是国家培养了我们，这样做才对得起祖国。”