Эксперименты на лабораторных мышах выявили способность мозга подавлять акустические шумы на уровне слуховой коры. Дэвид Шнейдер (David Schneider) с группой исследователей из Медицинской школы Университета Дьюка и Нью-Йоркского университета провели серию опытов, которая приблизила ученых к пониманию механизмов шумоподавления на уровне восприятия звука центральной нервной системой. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature. Ученые считают, что их исследование поможет понять, каким образом люди учатся говорить и исполнять музыку на различных инструментах, определить связь особенностей слуха человека и животных с конкретными участками слуховой коры. В экспериментах была использована аудиальная иллюзия (виртуальная реальность), разработанная для лабораторных животных.

Предмет исследования

В процессе эксперимента мышей заставили бегать на тренажере, при этом подменили звуки их шагов звуком, который существенно тембрально отличался от него. Известно, что источником шумов может быть как внешняя среда, так и действия индивида, например, шаги, речь и дыхание.

У человека, как и у животных в процессе эволюции развилась способность подавлять фоновые шумы, отличая их от внешних аудиальных раздражителей. Иными словами, мы предпочитаем не слышать постоянно шум нашего дыхания, а скорее будем прислушиваться к тому, что за неведомая бяка прискачет из внешней среды, может ли она нас съесть или, напротив, сгодится в пищу.

Эта способность стала одной из базовых основ нашего слуха. Сегодня нейронные цепи в слуховой зоне коры, которые учатся распознавать внешние и собственные звуки, а также маскируют и компенсируют их в восприятии, остаются малоизученными, если не сказать хуже, практически неизвестны нейробиологам.

Эксперимент

Ученые использовали 11 лабораторных мышей, сформировав у них ассоциацию постороннего звука с их шагами. Для этого было создано некое подобие виртуальной реальности, но не визуальной, а акустической. Животным фиксировали голову и ставили на миниатюрную беговую дорожку. В такт шагам воспроизводилась запись специальных звуков, которые назначались в качестве звукового сопровождения движений. Звук был принципиально новым и не похожим на естественный шум. При этом новый стимул от аудиального раздражителя постоянно отслеживался при помощи регистрации изменения локального потенциала поля (LFP).

Со временем кора перестала реагировать на раздражитель, а стимул с измененной частотой (изменение в пол октавы) был достаточно сильно подавлен и не вызывал столь выраженного возбуждения нервной ткани, как на старте эксперимента. Эффект был четко связан с движением мыши и не наблюдался в её отсутствие. В покое сенсорные нейроны слуховой зоны реагировали на тестовые звуковые раздражители также, как на прочие внешние звуки. Датчики также зафиксировали, что в инфрагранулярной части коры тестовые звуки вызывают более сильные изменения, нежели в супрагранулярной. Такая локализация ответной реакции свидетельствует, что в шумоподавлении принимают участие именно нейроны слуховой коры, а подавление происходит вне когнитивных процессов, как предполагалось в некоторых гипотезах ранее.

Подтверждение по Павлову и эволюционные закономерности

Для проверки результатов было проведено ещё несколько экспериментов. Мышей обучили поиску награды, который должен был начинаться после двух различных звуковых сигналов. Равно как и в первом эксперименте один из тестовых звуковых раздражителей ассоциативно привязали к двигательной активности.

Было отмечено, что сигнал, привязанный к движению, распознавался мозгом хуже, чем тот, что не был с ними связан. При этом в состоянии относительного покоя они одинаково хорошо распознавали оба сигнала.

В исследовании дополнительно упоминается эволюционная важность подавления собственных шумов. Особенно для мышей, которые являются потенциальными жертвами разнообразных хищников, а звук — один из важнейших сенсорных индикаторов опасности. Многочисленные исследования подтверждают, что для человека аудиальные маркеры опасности также крайне значимы, что отмечается в исследовании о психоакустическом влиянии низких частот, работах о локализации источников звука в пространстве и т.д.

Система нейронного шумоподавления у человека, очевидно, выполняет и более сложные функции, уже привязанные к высшей нервной деятельности, таким как овладение устной речью, а также освоение исполнения на музыкальных инструментах. Дело в том, что этот, казалось бы, простой механизм на прямую связан с музыкальной памятью, которая в свою очередь имеет механизм репрезентативного предсказания звуков и способов их извлечения. Именно этот механизм позволяет связать слух, восприятие, память и моторные реакции в таких сложных комплексных процессах.

По словам Шнайдера «В процессе речевого обучения и получения исполнительских навыков, мы прогнозируем извлекаемые звуки, которые намерены услышать. Например, перед тем, как нажать клавишу пианино. В дальнейшем (прим. авт.) сравниваем их с результатом в действительности. Несоответствие между ожиданиями и реальностью используем, чтобы корректировать исполнение. Со временем у нас получается все лучше, так как мозг стремится уменьшить количество ошибок».

В качестве заключения

Исследование Шнайдера и его коллег демонстрирует прямую зависимость между нейробиологическими возможностями слуха человека и животных с эволюционными механизмами, влияющими на их развитие. Полагаю, что пристальное изучение таких явлений и связей — ключ к максимально глубокому пониманию феноменов и явлений, связанных с человеческим слухом.

Реклама
В нашем каталоге нет лабораторных мышей, литературы по нейробиологии, а в шоурумах не проводятся научные эксперименты, но мы готовы предположить широкий ассортимент аудио и видео электроники для бытовых и профессиональных нужд