出版专著:
1. 《大脑之旅 》沈钧贤,严喆 【上海科学技术出版社】
发表论文:
1 中国生物物理学研究的先驱者,物理学与生物学结合的楷模——热烈祝贺林克椿先生80寿辰 赵南明; 沈恂;沈钧贤 生物物理学报 2006-04-30
2 凹耳蛙声通讯研究重要进展与启示 沈钧贤 中国科学基金 2006-11-30
3 小鼠下丘听神经元的反应潜伏期对特征频率的表达 邱强; 唐杰; 余祖林; 张娟; 周英杰; 肖中举;沈钧贤 中国科学(C辑:生命科学) 2007-04-15
4 中国凹耳蛙用高频声进行种内通讯 沈钧贤 科技导报 2008-11-28
5 食鱼蝙蝠——大足鼠耳蝠初报 马杰; JONES Gareth; 梁冰;沈钧贤; 张树义 动物学杂志 2003-06-20
6 北京房山大足鼠耳蝠食鱼性及回声定位信号 马杰; 张礼标; 梁冰;沈钧贤; 张树义; JONES Gareth 动物学研究 2003-08-22
7 勇于创新 执着追求 科学巨擘 学人楷模——学习贝时璋先生治学做人的高尚品德 赵南明; 沈恂;沈钧贤 生物物理学报 2003-09-30
8 荷包牡丹碱和马钱子碱对小鼠皮层及下丘听神经元声反应潜伏期的影响 张娟; 邱强; 唐杰; 肖中举;沈钧贤 生物化学与生物物理进展 2005-11-20
9 大足鼠耳蝠的分布 马杰; 戴强; 张树义;沈钧贤; 梁冰 四川动物 2003-08-30
10 我国发现食鱼蝙蝠——大足鼠耳蝠 马杰 ; 张树义 ;沈钧贤 野生动物 2003-11-10
11 食鱼蝙蝠形态和行为特化研究 马杰; 梁冰; 张树义;沈钧贤 生态学杂志 2004-04-11
12 同地共栖四种蝙蝠食性和回声定位信号的差异及其生态位分化 马杰; Walter METZNER; 梁冰; 张礼标; 张劲硕; 张树义;沈钧贤 动物学报 2004-04-15
13 频带整合对大棕蝠下丘神经元频率调谐的锐化作用 吴飞健; 陈其才; Philip H.S.Jen;沈钧贤 科学通报 2004-05-15
14 狐蝠对森林生态系统的作用 马杰; 张金国; 张恩泉; 张劲硕; 梁冰; 张树义;沈钧贤 生态学杂志 2004-06-11
15 昆明小鼠听皮层声反应特征的区域分布 沈钧贤; 徐智敏; 姚煜东 科学通报 1999-10-23
16 植入式人工中耳听器离体状态下的声学特性 郭继周; 汪若峰; 赵守琴;沈钧贤; 于琦 耳鼻咽喉头颈外科 1999-08-26
17 小鼠下丘听觉神经元的方位角灵敏度 黄小英; 邱强;沈钧贤 生物物理学报 2002-12-30
18 蚂蚁捷径返巢及其朝向机制的研究 徐智敏;沈钧贤 昆虫学报 2000-08-15
19 神经系统中的信号转导——2000年诺贝尔生理学或医学奖介绍 沈钧贤 生物物理学报 2000-12-30
20 人类脑计划与神经信息学 沈钧贤 生物物理学报 2001-12-30
21 人工中耳在体纯音传输特性的实验研究 赵守琴; 夏艳芳; 郭继周;沈钧贤 中华耳鼻咽喉科杂志 2001-06-10
22 回声定位蝙蝠及其声通讯 马杰;沈钧贤; 赵辉华; 张树义 动物学杂志 2002-12-20
23 大棕蝠听皮层神经元的双耳性及其方位角调谐特征 沈钧贤; 陈其才 科学通报 2002-02-28
24 昆明小鼠中脑下丘声反应特征的区域分布 沈钧贤; 徐智敏; 沈力坚 科学通报 2002-10-15
25 蚱蝉听觉中间神经元对声信号时间参数的编码 沈钧贤 科学通报 1994-02-08
26 GABA和苦毒素等药物对螽斯听觉中间神经元AN2声反应特征的影响 于琦;沈钧贤 生物物理学报 1994-12-30
27 Coding of Temporal Parameters of Sound Signals by Auditory Interneurons in the Cicada Cryptotympana atrata 沈钧贤 Chinese Science Bulletin 1994-05-08
28 螽斯听觉Tonic神经元的时间编码特征以及GABA等药物对它们的作用 沈钧贤; 于琦 科学通报 1995-01-08
29 Temporal coding of auditory tonic neurons in bushcricketand effects of GABA 沈钧贤; 于琦 Chinese Science Bulletin 1995-05-08
30 飞蝗对低频声信号加工的胞内研究——尾铗-巨中间神经元系统的结构与功能 沈钧贤; 徐智敏 中国科学(B辑 化学 生命科学 地学) 1995-02-15
31 An intracellular study on low-frequency acoustic signal processing in locust——Structure and function of the cercus-to-giant interneuron system 沈钧贤; 徐智敏 Science in China(Series B) 1995-10-15
32 螽斯听觉上行神经元AN2的声反应特征及其在脑中投射 高磐磐;沈钧贤 科学通报 1992-01-31
33 螽斯听觉中间神经元TN2的声反应特征以及GABA对其影响 于琦;沈钧贤 生物物理学报 1993-12-31
34 Structure and Functions of a T-shaped Auditory Neuron in the Bushcricket Gampsocleis gratiosa 沈钧贤 Chinese Science Bulletin 1993-09-13
35 蚱蝉听神经对声信号时间参数的编码 沈钧贤 科学通报 1993-03-02
36 螽斯T形听觉神经元的结构与功能 沈钧贤 科学通报 1993-05-31
37 GABA与苦毒素对螽斯听觉上升神经元AN3的影响 沈钧贤; 于琦 科学通报 1993-09-28
38 白鱀豚的心电图 沈钧贤; 关力 科学通报 1981-05-16
39 ELECTROCARDIOGRAM OF THE CHINESE RIVER DOLPHIN (LIPOTES VEXILLIFER) 沈钧贤; 关力 A Monthly Journal of Science 1981-06-15
40 用辣根过氧化物酶研究鸽的Herbst小体向脊髓的投射 徐智敏;沈钧贤 科学通报 1984-12-26
41 家鸽Herbst小体对振动的反应特征 沈钧贤 生物物理学报 1985-04-02
42 PROJECTIONS FROM HERBST CORPUSCLES TO SPINAL CORD IN PIGEON (Columba livia) AS REVEALED BY HORSERADISH PEROXIDASE 徐智敏;沈钧贤 Science Bulletin 1985-05-16
43 螽斯(Deracantha onos)的趋声性与定位精度 沈钧贤; 关力 生物物理学报 1986-10-01
44 硕螽(Deracantha onos)听觉中间神经元的声反应特征 沈钧贤; 关力; 莫建武 生物物理学报 1986-12-31
45 硕螽(Deracantha onos)听觉中间神经元的方向灵敏度 沈钧贤; 关力; 莫建武 生物物理学报 1987-04-02
46 第九届国际生物物理大会情况 林克椿; 程极济;沈钧贤 生物物理学报 1987-12-31
47 硕螽(Deracantha onos)的发声与听觉 沈钧贤; 关力 声学学报 1988-03-01
48 SONG PRODUCTION AND HEARING IN THE BUSHCRICKET DERACANTHA ONOS(ORTHOPTERA,TETTIGONIIDAE) 沈钧贤 ; 关力 Chinese Journal of Acoustics 1988-04-01
49 AN ELECTROPHYSIOLOGICAL STUDY ON HEARING OF THE CICADA CRYPTOTYMPANA ATRATA FABRICIUS(HOMOPTERA:CICADIDAE) 沈钧贤 Chinese Journal of Acoustics 1988-07-01
50 蚱蝉Cryptotympana atrata听觉的电生理研究 沈钧贤 声学学报 1989-08-29
51 螽斯Gampsocleisgratiosa初级听觉神经元的频率选择特性 沈钧贤 声学学报 1989-12-27
52 MORPHOLOGICALSTRUCTUREANDFUNCTIONOFAUDITORYNEURONINBUSHCRICKET——Gampsocleisgratiosa 沈钧贤;关力 ChineseScienceBulletin 1989-08-29
53 螽斯听觉Ω神经元的结构与功能 沈钧贤;关力 科学通报 1989-06-15
54 螽斯听觉Ω神经元的方向灵敏度 沈钧贤;关力 科学通报 1989-12-12
55 螽斯听觉气管系统的声学特性及功能 沈钧贤 生物物理学报 1990-12-31
56 螽斯Gampsocleisgratiosa听觉上升神经元的方向灵敏度 沈钧贤 声学学报 1990-12-27
57 DIRECTIONALSENSITIVITYOFAUDITORYΩNEURONINBUSHCRICKETGampsocleisgratiosa 沈钧贤;关力 ChineseScienceBulletin 1990-06-30
58 TRUCTUREANDFUNCTIONSOFAUDITORYASCENDINGNEURONINBUSHCRICKETGampsocleisgratiosa 沈钧贤 ChineseScienceBulletin 1990-10-13
59 DIRECTIONALSENSITIVITYOFPRIMARYAUDITORYNEURONSINTHEBUSHCRICKETG.gratiosa 沈钧贤 ChineseScienceBulletin 1990-11-27
60 螽斯听觉上升神经元的结构与功能 沈钧贤 科学通报 1990-05-01
61 螽斯声管系统对方向听觉的影响 沈钧贤 科学通报 1990-10-28
62 螽斯初级听觉神经元的方向敏感性 沈钧贤 科学通报 1990-05-31
63 短翅鸣螽的鸣声特征分析与听觉研究 沈钧贤;唐欢 声学学报 1991-12-27
64 THEEFFECTSOFACOUSTICTRACHEASYSTEMONDIRECTIONALHEARINGINBUSHCRICKETGampsocleisgratiosa 沈钧贤 ChineseScienceBulletin 1991-05-31
65 微生物种质资源 E.J.DaSilva;L.V.Kalakoutskii;宋大康;沈钧贤 科学对社会的影响 1991-07-02
66 蚱蝉(Cryptotympanaatrat)自鸣声的音色与编码 冯德修;沈钧贤 生物物理学报 1992-04-01
67 鸣鸣蝉(OncotympanamaculaticollisMotschulsk)自鸣声信息及其频谱的双倍频特征 冯德修;沈钧贤 生物物理学报 1992-09-30
68 光神经科学的前沿与实时光学成像技术 沈钧贤 生物物理学报 1992-09-30
69 螽斯听觉上升神经元AN3的声反应特征及其在脑中的投射 高磐磐;沈钧贤 声学学报 1992-08-28
70 蚱蝉听觉中间神经元对声信号特征编码的电生理研究 沈钧贤;高磐磐;唐欢 声学学报 1992-10-27
71 鲫鱼肌电信号测量研究 周萌;沈钧贤;童秉纲;尹协振 庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下) 2007-08-20
72 迎接“人类脑计划”,加强神经信息学研究 沈钧贤 首届中国神经信息学讨论会摘要 2000-11-01
73 昆明小鼠中脑下丘声反应特征的区域分布 沈钧贤;徐智敏;沈力坚 中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集 2002-09-01
74 蝙蝠与小鼠听觉皮层神经元方位角调谐特性的比较 沈钧贤;陈其才;齐占恒 第九次全国生物物理大会学术会议论文摘要集 2002-05-01
75 生物信息学与神经信息学数据库的整合 唐一源;沈钧贤;徐志敏 第九次全国生物物理大会学术会议论文摘要集 2002-05-01
76 视、听觉功能成像研究新进展 沈钧贤 首届全国功能神经影像学和神经信息学研讨会论文汇编 2003-10-01
77 听觉毛细胞转导机制研究新进展 沈钧贤 生物膜与重大疾病学术研讨会论文集 2004-12-01
78 2020年中国生物物理学发展研究 林克椿;沈钧贤;黄有国;赵保路;刘亚宁;廖福龙 2020年中国科学和技术发展研究(下) 2004-04-01
79 凹耳湍蛙的声通讯及听力初探 余祖林;邱强;徐智敏;沈钧贤;AlbertFeng;PeterNarins 中国动物学会两栖爬行动物学分会2005年学术研讨会暨会员代表大会论文集 2005-10-01
80 雄蛙鸣声与环境噪声 沈钧贤;余祖林;邱强;徐智敏 第一届全国脑与认知科学学术研讨会论文集 2005-11-01
81 兴奋和抑制的整合形成小鼠下丘神经元的非单调强度反应特性 唐杰;肖中举;沈钧贤 第一届全国脑与认知科学学术研讨会论文集 2005-11-01
82 汉字加工过程中的功能连接分析 于庆宝;董峰;闫芬;李贝;冯士刚;张武田;沈钧贤;唐一源 第一届全国脑与认知科学学术研讨会论文集 2005-11-01
83 汉字字型处理的神经机制初探 李贝;于庆宝;张武田;沈钧贤;唐一源 第一届全国脑与认知科学学术研讨会论文集 2005-11-01
84 凹耳湍蛙利用超声通讯 沈钧贤;余祖林;徐智敏;AlbertFeng;PeterNarins 第十次中国生物物理学术大会论文摘要集 2006-05-01
85 动物声通讯及听觉机理研究新进展 沈钧贤 中国声学学会2006年全国声学学术会议论文集 2006-10-01
86 凹耳蛙声信号识别与定位 沈钧贤;徐智敏;余祖林 第三届全国脑与认知科学学术研讨会暨脑与认知科学国际研讨会论文摘要集 2007-11-01
87 开创中国生物物理学会新面貌 中国生物物理学会 沈钧贤 科学时报 2003-10-09
88 人工中耳听器的立体声音传输特性研究 赵守琴;郭继周;沈钧贤;刘莎;汪若峰 石家庄市自动化研究所 2002-01-01
89 螽斯听觉神经元的结构与功能 沈钧贤;关力;徐智敏 中国科学院生物物理研究所 2000-01-01
90 小蝙蝠亚目系统演化及分类的形态、声学与分子比较研究 张树义;马杰;张礼标;梁冰;沈钧贤 中国科学院动物研究所 2009-01-01
媒体报道一:
丝丝清音 声声入耳
——沈钧贤教授探究动物声世界
动物不能像人那样说话,但它们一样能够进行交流,其交流的方式可谓五花八门。声音是动物通讯中最常见的形式,由于动物的发音机制不同,产生的种种奇妙的声音也大相径庭。哺乳动物用喉部声带发声,鸟类依靠鸣管,昆虫往往依靠翅膀摩擦,而青蛙用声带发声、靠声囊扩音。
通过对不同动物声信号的产生及其听觉神经机理等方面的研究,不仅可以揭示动物之间声通讯的奥秘,探索它们如何适应强噪声环境,还可以根据相关机理研制仿生人耳系统,更好地为医学科研、临床服务。
中国科学院生物物理研究所研究员沈钧贤,是我国目前少数专注于动物声通讯研究的学者,他的研究水平也是位于前列。沈钧贤,江苏江阴人,1964年毕业于中国科学技术大学生物物理系,1968年中国科学院研究生毕业。现兼中国科学院研究生院教授,博士生导师,主授《神经科学原理》课程。曾任中国生物物理学会秘书长,现为该学会副理事长。
动物敏感反应为大地把脉
地震发生前,动物往往会出现骚动、烦躁、惊恐不安等现象。这是地震前出现的多种物理、化学刺激动物造成的。鱼浮水面、鸭不下水、鸡上房顶、老鼠搬家、猪不进圈……这些异常现象,曾一度被科学家们用来作为预报地震的一种参考方式。
上世纪六七十年代,国内地震不断,邢台、唐山地震给国人带来了巨大的伤痛。当时,社会各界都希望从自己专业的角度去分析解读地震前兆现象,沈钧贤也从他熟悉的专业走进了一个陌生的领域——地震预报。那个年月,他们在实验室及震区,不断做着不同动物对若干地震前兆因素的敏感性实验。例如,他们用100只鸽子,把其中一半鸽子小腿上与机械感受小体相连的神经切断,之后一起拿到新疆(因那里地震多)去做试验。在一次地震前,与机械感受小体相连的神经没被切断的鸽子有惊飞反应,而与机械感受小体相连的神经被切断了的鸽子都没惊飞走,这表明鸽子在地震前可能有所感觉。
在调研临震前鸽子行为反应基础上,他还用计算机辅助的心率条件法、神经电生理记录及辣根过氧化物酶追踪神经通路法,较系统地研究了鸽振动敏感性及感觉通路,得出苏醒状态下家鸽振动敏感反应阈值与振动频率有关,位于鸽腿骨间“手术禁区”的Herbst小体对振动刺激有灵敏反应等重要结论。
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状(1978年);“一九七六年松潘、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奖励一等奖(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奖励二等奖;其任编剧、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。
“中美科学家获得动物声通讯进化重要新发现”
2006年3月16日,国际著名期刊英国《自然》杂志上发表一篇名为《蛙进化超声通讯》的文章,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。这篇文章指出,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的新发现。本项研究属于中美科学家合作的生物物理学与神经科学交叉的项目,沈钧贤教授即为对该论文做出同等贡献的第一作者之一。
沈钧贤长期从事动物声通讯与听觉机理研究,应用生物声学和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影响。
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起作用不大。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;并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。
此外,还证实小鼠初级听皮层神经元有多种方位角调谐曲线,绝大多数神经元有显著的最佳反应方位角,首次揭示昆明小鼠听皮层由同一电极穿刺所分离的听觉神经元的声反应特征比较相似,如放电模式,最佳反应频率,最低反应阈值,频率调谐曲线锐度及第一锋电位反应的潜伏期,这提示其听皮层呈功能柱组构。并证实小鼠下丘听觉神经元很好地表征声源方位角。上述新成果是对Middlebrooks等人论述的重要补充。
他还以单细胞记录及荧光染料Lucifer Yellow标记相结合技术,系统地研究了螽斯听觉神经元的结构与功能,得出结果证实,从双耳强度差1dB开始,雌螽斯就转向较强刺激一侧。如此可靠的侧向性对于自然条件下螽斯趋声行为有重要意义。反映此研究成果的27篇论文在J Comp Physiol A, Progress in Brain Research, J Acoust Soc Am, Science in China, Chin Sci Bull 等期刊上发表,1994年获中国科学院自然科学奖二等奖。
沈钧贤教授还进行蚂蚁捷径返巢机理的研究,发现社会性铺道蚁从巢穴出发沿着随机路线搜寻食物,但它们携带食物返回巢穴的路程几乎是直线。并发现不仅自然光能指引携食的蚂蚁捷径返巢,而且人工非偏振光也能导引单个携食铺道蚁捷径返回巢穴。
文章甫一发表,ScienceNow即发表评论“A Smart, Social Ant”,对此新成果予以积极评价,认为“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”。
仿生耳让耳聋患者重返有声世界
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。中国人自己创制人工电子耳蜗,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。
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,获得成果,论文发表在Ear and Hearing上;人工中耳在体纯音传输特性实验研究,获北京市科学技术奖三等奖(2002年)。
他还与中、美国科学家合作,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,而其它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-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。此论文在《美国国家科学院学报》上发表,得到学术界重视。
沈钧贤教授所开展的动物声通讯实验取得了一个个新进展。祝愿沈钧贤教授和他的研究团队在开拓动物声通讯及有关生物物理科学的事业上不断取得新的成就。
(出处:《科学中国人》2008年第二期)
媒体报道二:
雌性凹耳蛙超声求偶声的最新发现 ——访中国科学院生物物理研究所沈钧贤研究员
图片 1、沈钧贤在黄山瀑布旁开展实验
图片2、沈钧贤爱人在黄山瀑布旁开展实验
图片3、沈钧贤夫人在实验室做实验
图片4、2006年6月4日,沈钧贤向1981年诺贝尔医学生理学奖获得者、美国神经科学家Torsten N.Wiesel展示科研新成果。
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。
深山重大发现
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。
“爱情求证”
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。
动物敏感行为与地震预报
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。
仿生耳让耳聋患者重返有声世界
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。”
来源:科学网