眾所周知,，人類能夠獲得聽力是基于選擇性地聽取一定頻率范圍的聲音,。大腦的“聽力中心”聽覺皮層中的神經(jīng)元通常聚集在一起對特定頻率的聲音產(chǎn)生反應(yīng)。然而科學(xué)家們對于復(fù)雜的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確地對聲音做出反應(yīng)的具體機(jī)制仍然不清楚,。
現(xiàn)在由冷泉港實驗室神經(jīng)科學(xué)計劃的負(fù)責(zé)人Anthony Zador教授領(lǐng)導(dǎo)的科研小組朝揭示這一謎底邁進(jìn)了一步,。科學(xué)家們試圖通過研究聽覺皮層中神經(jīng)元之間的功能聯(lián)系了解聽力形成的機(jī)制,。最新的論文發(fā)表在《自然神經(jīng)科學(xué)》（Nature Neuroscience ）網(wǎng)絡(luò)版上,。
“我們希望通過這種方式了解聽覺皮層產(chǎn)生應(yīng)答反應(yīng)的機(jī)制，”Zador說,。
聽覺皮層的神經(jīng)元組織方式不同于大腦視皮層和感覺皮層,。在視覺形成過程中，視網(wǎng)膜上的感光受體可直接將信號傳遞到大腦的視皮質(zhì)形成二維“視網(wǎng)膜定位”圖像,。然而在聽覺系統(tǒng),，耳蝸內(nèi)的聽覺受體的組成方式則是一維的?？拷佂饩壍氖荏w可識別低頻率的聲音,，而靠近耳蝸內(nèi)的受體則對高頻率的聲音比較敏感。耳蝸中這種由低到高不同部分與不同聲音頻率的一種規(guī)則的對應(yīng)關(guān)系稱之為“頻率拓?fù)?rdquo;,。耳蝸的頻率拓?fù)涮卣魇沟蒙窠?jīng)元將高低頻率的聲音以梯度形式傳遞至聽覺皮層形成一維信號,。
“人類視覺和感覺器官獲得是二維信號，而聽覺皮層獲取的聲音則是一維信號,。這表明兩種皮層定位機(jī)制存在功能上的差異,。然而現(xiàn)在還沒有人能夠理解產(chǎn)生差異的具體機(jī)制。”Zador說,。
為了解答這個問題,，Zador和博士后研究員Hysell Oviedo將小鼠大腦分別沿著拓?fù)漭S線或呈垂直方向切片，對制成的切片進(jìn)行神經(jīng)元活性比較,。
為了精確刺激切片上單個神經(jīng)元并對其進(jìn)行記錄,，Oviedo和 Zador與曾任職于冷泉港實驗室的科學(xué)家Karel Svoboda和Ingrid Bureau合作，利用光刺激掃描系統(tǒng)獲得了詳細(xì)的高分辨率的圖譜,。
“當(dāng)我們在視皮質(zhì)中進(jìn)行該實驗時,，我們發(fā)到無論采取哪種切片方式其神經(jīng)元的連接方式都是一致的。然而在聽覺皮層切片上,，沿拓?fù)漭S線切片與垂直切片相比較神經(jīng)元的連接有著質(zhì)的差別,。”Oviedo說。
1962年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎頒給了澳大利亞科學(xué)家伯納德卡茨,，因其證實了中樞神經(jīng)系統(tǒng)視皮質(zhì)中的對同一信號產(chǎn)生反應(yīng)的神經(jīng)元常呈簇狀聚集在同一個柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi),，稱為皮層功能柱,。視皮質(zhì)上的神經(jīng)元通常只與同一柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的其他神經(jīng)元發(fā)生相互作用?？茖W(xué)家們曾認(rèn)為聽覺皮質(zhì)中的神經(jīng)元同樣聚集形成一個柱狀結(jié)構(gòu)傳遞相同頻率的信號,。然而出于意料的是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)事實并非如此,。
“我們第一個證實聽覺皮質(zhì)的神經(jīng)元組織方式并不是柱狀結(jié)構(gòu)方式,。接下來我們的研究重點(diǎn)將是基于這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對聽覺功能進(jìn)行研究，”Zador說道,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦英文摘要：
Nature Neuroscience doi:10.1038/nn.2659
The functional asymmetry of auditory cortex is reflected in the organization of local cortical circuits
Hysell V Oviedo,Ingrid Bureau,Karel Svoboda& Anthony M Zador
The primary auditory cortex (A1) is organized tonotopically, with neurons sensitive to high and low frequencies arranged in a rostro-caudal gradient. We used laser scanning photostimulation in acute slices to study the organization of local excitatory connections onto layers 2 and 3 (L2/3) of the mouse A1. Consistent with the organization of other cortical regions, synaptic inputs along the isofrequency axis (orthogonal to the tonotopic axis) arose predominantly within a column. By contrast, we found that local connections along the tonotopic axis differed from those along the isofrequency axis: some input pathways to L3 (but not L2) arose predominantly out-of-column. In vivo cell-attached recordings revealed differences between the sound-responsiveness of neurons in L2 and L3. Our results are consistent with the hypothesis that auditory cortical microcircuitry is specialized to the one-dimensional representation of frequency in the auditory cortex.
