挑战!请尝试:⼀边吸⽓,⼀边说话。聊天、哼曲、吼叫,我们⼏乎每天都会进⾏这些发声⾏为。理所当然地,我们会视发声为平常,“以为”我们时刻都可以发声。但⼀个简单的⼩实验告诉我们:⾄少在吸⽓时,我们不能说话。有些时候,你会发现⼀些⼈聊到兴起,忍不住滔滔不绝,似乎没有⼈能打断他们。鉴于吸⽓与发声⽆法共存,如果他们真的停不下来说话,⼤概会发⽣把⾃⼰“聊死”这样的惨剧。
好在,我们从没有听过这样诙谐⼜恐怖的事件发⽣。毕竟⼈体总是会优先保障⼀个最基本的需求——⽣存。如果发现即将缺氧,那么⼤脑会强迫你停⽌发声,赶紧呼吸。毕竟,活着才是第⼀要务。发声与呼吸紧紧地捆绑在⼀起。我们似乎总是在呼⽓时说话,吸⽓时停⽌说话。因为发声需要从肺部释放⽓流,流经喉部,迫使声带振动,才能发出声⾳。这其中的关键是⽓流与声带振动。
不过,如果仔细思考,吸⽓显然也会让空⽓流经喉咙,为何逆向过程⽆法触发声带振动呢?为何我们不能在吸⽓时说话,拥有⽆时⽆刻喋喋不休的能⼒呢?精细⽽复杂。要想理解前两个问题,我们还需要更详细地理解发声这⼀过程。尽管发声系统的复杂性因物种⽽异,但产⽣声⾳的基本过程却有着相似之处。正如前⽂所说,发声需要⽓流与声带的振动,这与喉部息息相关。
喉是⼀种古⽼的器官。当⻥从海洋爬上陆地,演化为各种动物,这⼀过程遇到的⼀个重要问题是,需要将呼吸的空⽓与摄⼊的⻝物分开。喉部的功能就像是⽓管的“前厅”,其内部有⼀层名为会厌的软⻣,可以防⽌⻝物或者液体掉⼊⽓管,引发窒息。⽽在会厌的下⽅,哺乳动物演化出了额外的组织褶皱,这层褶皱正是我们发声必备的声带。
⽽要想使声带振动,通常需要喉部收缩,让声带内收,这样⽓流通过时才能激起褶皱的振动。如果你有意识地去感受,或许能发现,当挤压⾃⼰的喉咙时,发出的声调通常偏⾼,⽽努⼒拓宽喉咙时,则能发出低⾳。这⼀过程其实正是在拉紧或放松声带,从⽽调节声带振动的频率。
然⽽,当我们试图吸⽓时,为了保证吸⽓的⾼效,喉部需要打开,也就是声带外展,⾃然⽆法引起声带振动⽽发声。当然,这是在⾃然放松的前提下,此时我们吸⽓不会感到任何滞涩。但如果你有意识地收紧喉部,同时吸⽓,其实也能发出⼀些类似“惊呆我”的感叹声,只不过会感到吸⽓困难⽽已。
声带与呼吸复杂⽽精细的协调运动,使动物能够发出声⾳,彼此交流。但科学家依然好奇,在涉及⽣命威胁时,发声为何⼀定能为吸⽓让步?如何保证呼吸的优先级⾼于发声呢?主导⾏为的“操纵者”。⽆论哪⼀种⾏为,都受神经回路调控。⽐如,声带闭合或外展会受喉部运动神经元控制,⽽呼吸运动则由复杂的呼吸回路控制。在喉部运动和呼吸之间,显然也存在神经回路,能⽆缝且丝滑地调控⼆者的灵活切换,且能保证呼吸回路的优先级。
为了探索这种主导⾏为背后的“操纵者”,美国麻省理⼯学院的研究团队开始使⽤⼩⿏模型,试图确定控制声带内收的神经元,并探究这些神经元会如何与呼吸回路相互作⽤。⼩⿏的发声,同样需要呼⽓,使⽓体流经⼏近闭合的声带。声带的内收会在中间留下⼀个⾮常⼩的⼩孔,当⽓体穿过⼩孔时,就像吹⼝哨⼀样,能让⼩⿏发出超声波,来与彼此交流,这⼀过程也被称为超声波发声。
研究⼈员知道,声带内收由喉部运动神经元控制,于是他们使⽤神经示踪剂来绘制神经元之间的突触连接,开始向后追踪,以寻找⽀配它们的神经元。经过观察,研究⼈员在后脑区发现,⼀组位于疑后核的运动神经元在⼩⿏USV期间被强烈激活。最终,研究⼈员锁定了RAm中的⼀部分发声特异性神经元,称为RAmVOC。
当研究⼈员阻断RAmVOC神经元时,⼩⿏不再能发出USV或任何其他类型的声⾳,它们的声带不会闭合,腹部肌⾁也不会收缩。反之,当RAmVOC神经元被激活时,⼩⿏的声带⼜能关闭,产⽣USV,同时呼⽓。⽽且,激活时间越⻓,呼⽓和发声的时间也越⻓。但如果持续刺激RAmVOC神经元两秒或更久,USV就会被吸⽓过程打断。在⻓时间的RAmVOC激活过程中,⼩⿏会周期性地中断发声来吸⽓。
呼吸的需求明显“盖过”了研究⼈员对RAmVOC神经元施加的刺激。
为了找出幕后“真凶”,研究团队绘制了那些会向RAmVOC神经元提供抑制信号的神经元的图谱。由此,他们发现抑制信号⼤多来源于脑⼲中控制呼吸节律,被称为前包钦格复合体的部分。当研究⼈员阻断preB?tC与RAmVOC的连接时,⼩⿏很难中断发声来进⾏呼吸。与正常情况下相⽐,⼩⿏的呼吸会浅很多。⽽且吸⽓时,⼩⿏还会发出嘶哑、类似哮喘的声⾳。
研究表明,RAmVOC神经元能控制声带内收以发出声⾳,但会定期被preB?tC抑制,从⽽保证呼吸顺畅进⾏。这项研究揭示了呼吸与发声协调运动背后的神经回路,已于今年3⽉发表于《科学》上。回顾⼈类的进化,在我们与早期猿类祖先分化后,发声器官的形状就发⽣了变化。⼈类的嘴部开始变⼩,突出程度有所减少,⾆头也向下移动,将喉位拉低,使我们有了更⻓的脖⼦。
这些变化都让⼈类能够⽆⽐精确地控制各种微⼩的肌⾁,发出其他动物⽆法实现的复杂声⾳。
但机遇总是伴随着⻛险。由于喉位下降,我们吃的所有⻝物都必须经过喉部,错开⽓管,⽽后进⼊⻝道。这其中的惊险在于,⼀旦⻝物⾛错位置,就会发⽣呛噎。似乎,这些提升我们发声能⼒的结构,反⽽让我们能更有效地窒息⽽亡。为了避免这种“⾼效”,还请⼤家注意:避免在说话时急切地进⻝和饮⽔,这会⼤⼤增加呛噎的⻛险;或者持续说太久,也可能导致喉咙疲惫,引起呛咳。