click音刺激下的聽皮層神經(jīng)元活動

蘇麗曄，馬蘭蘭

(中國醫(yī)科大學(xué) 生理學(xué)教研室，遼寧 沈陽 110122)

·綜 述·

click音刺激下的聽皮層神經(jīng)元活動

蘇麗曄，馬蘭蘭

(中國醫(yī)科大學(xué) 生理學(xué)教研室，遼寧 沈陽 110122)

聽覺系統(tǒng)的一個基本作用是對聲音隨時間變化的一些特征進(jìn)行識別和處理，聽皮層在聽覺系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位。聽皮層神經(jīng)元可以對不同重復(fù)率的click音進(jìn)行識別和編碼，不同重復(fù)率的click 音被感知為不同的聲音內(nèi)容。作者從聽皮層分區(qū)、click音的神經(jīng)編碼方面進(jìn)行綜述，以闡述click音刺激下的聽皮層神經(jīng)元活動的研究進(jìn)展。

聽皮層; 神經(jīng)元; click音; 重復(fù)率; 放電頻率; 綜述

在人類獲取外界信息時，聽覺是僅次于視覺的重要信息來源。依靠聽覺感受外界聲音，對聲音的頻率、強(qiáng)度、音質(zhì)、時程、模式，以及聲源方向、距離等做出分析和判斷。聲源振動引起空氣產(chǎn)生的疏密波，通過外耳和中耳組成的傳音系統(tǒng)傳遞到內(nèi)耳，經(jīng)耳蝸毛細(xì)胞的換能作用，將聲源振動的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為聽神經(jīng)纖維上的神經(jīng)沖動，由聽神經(jīng)上傳至大腦皮層的聽覺中樞，從而產(chǎn)生聽覺。聽覺對動物適應(yīng)環(huán)境和人類認(rèn)識自然有著重要的意義。在聽覺形成過程中，各種聲音信息轉(zhuǎn)化的神經(jīng)電信號匯入到聽皮層(auditory cortex，AC)，其中初級聽皮層(AI區(qū))，在聲刺激的感知、動物種屬特異性音調(diào)的辨別、聲源定位以及特殊聲刺激的適應(yīng)、學(xué)習(xí)和記憶等方面均具有主導(dǎo)作用[1]。聽皮層神經(jīng)元是聽皮層結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)，對聲音隨時間變化的一些特征，比如重復(fù)率，進(jìn)行識別和編碼。不同重復(fù)率的click 音被人感知為不同的聲音內(nèi)容。

1 聽皮層分區(qū)

聽皮層作為大腦皮層的一個特異性功能分區(qū)，對聲音的感知起著至關(guān)重要的作用。起初，人們普遍認(rèn)為猴聽皮層的組織結(jié)構(gòu)與貓科動物相近，存在一個也是唯一的一個初級區(qū)域，即AI區(qū)，位于外側(cè)溝的下邊緣；還有一個二級區(qū)域，次聽區(qū)(AII區(qū))，位于外側(cè)溝深部[1]。此觀點(diǎn)與早期一些觀點(diǎn)一致，認(rèn)為軀體感覺、聽覺和視覺都是由兩大區(qū)域組成的。但是，現(xiàn)在我們知道猴的聽覺大腦皮層由3個具有初級中樞特征的區(qū)域構(gòu)成。3個區(qū)域分層次地、平行地構(gòu)成聽皮層的3個層次聽覺傳導(dǎo)通路[2]。3個區(qū)域的具體位置如圖1[3]，分別是中央核心區(qū)(core)、包繞中央核心區(qū)一個條帶二級區(qū)(belt)以及外緣的條帶旁三級區(qū)(parabelt)。

core，中央核心區(qū)； belt，條帶區(qū)； parabelt，條旁區(qū)； AS，弓形溝; CS中央溝; INS，腦島; LS，外側(cè)溝; STG,顳回; STS，顳上溝

圖1 獼猴大腦皮層的側(cè)面視圖[3]

Fig 1 Lateral view of the macaque cerebral cortex[3]

1.1 中央核心區(qū)(core)

中央核心區(qū)根據(jù)不同的耳蝸反應(yīng)，分為AI、R、RT 3個亞區(qū)[4-10]，相互之間聯(lián)系緊密。3個亞區(qū)的具體位置如圖2[3]所示。Jon等[3]研究發(fā)現(xiàn),AI尾側(cè)區(qū)神經(jīng)元易對高頻段的聲音刺激反應(yīng)，而頭側(cè)區(qū)神經(jīng)元則對低頻段聲音敏感度高，即最佳頻率呈現(xiàn)頭側(cè)低尾側(cè)高的排列方向；而R區(qū)的神經(jīng)元的最佳頻率排列方向恰與AI區(qū)相反，呈現(xiàn)頭側(cè)高尾側(cè)低的排列方向；RT區(qū)的神經(jīng)元最佳頻率排列與AI區(qū)相近。他們還發(fā)現(xiàn)，AI區(qū)域神經(jīng)元中具有相近最佳反應(yīng)頻率的神經(jīng)元縱向排列成一條條曲線，因此位于大腦溝縫底處的神經(jīng)元的最佳反應(yīng)頻率較高。

AI、R、RT為中央核心區(qū)的3個亞區(qū)。L：低頻； H：高頻，曲線是不同位點(diǎn)相“等”最佳頻率連線

圖2 獼猴中央核心區(qū)亞區(qū)分布圖以及最佳頻率分布趨勢[3]

Fig 2 Tonotopic organization of sub district of central core area and best frequency in macaque cerebral cortex[3]

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，AI、R、RT區(qū)都具有初級感覺皮層的特征，包括如下：第一，對于純音刺激，神經(jīng)元反應(yīng)敏感并且具有較短的潛伏期，對于最佳頻率的刺激反應(yīng)最敏感并且具有陡峭的頻率反應(yīng)曲線[3]；第二，接受內(nèi)側(cè)膝狀體腹側(cè)部的纖維投射，程度較為密集[7-9]；第三，具有初級感覺皮層的細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征[11-13]，例如，有4層發(fā)達(dá)的顆粒細(xì)胞，皮層中間有致密的纖維髓質(zhì)層，皮層中間密集表達(dá)代謝酶和細(xì)胞氧化酶等特點(diǎn)。盡管這3個亞區(qū)在細(xì)胞結(jié)構(gòu)和電生理反應(yīng)特性方面具有相似性，但是它們在處理聽覺信息方面并不相同。Recanzone等[14]利用覺醒猴子做為模型發(fā)現(xiàn)，AI和R區(qū)神經(jīng)元在猴子完成任務(wù)時對聲刺激的反應(yīng)潛伏時以及特征頻率等具有一定差別。研究發(fā)現(xiàn)，猿類和人類的中央核心區(qū)都是相同的窄身字形，但兩者的面積都大于短尾猴的，表明猿類和人類也應(yīng)該具有AI、R、RT 3個亞區(qū)，但目前仍缺乏直接證據(jù)[3]。

1.2 條帶區(qū)(belt)

條帶區(qū)為一條寬2～3 mm的條帶狀區(qū)域，因形得名，它圍繞著中央核心區(qū)，兩者有著密切的相互關(guān)系。Rauschecker等[15]發(fā)現(xiàn)，條帶區(qū)接受來自內(nèi)側(cè)膝狀體背部和內(nèi)側(cè)部大量的纖維投射以及來自腹側(cè)部的較少的纖維投射。他們還發(fā)現(xiàn)，盡管條帶區(qū)接受丘腦的纖維投射，但其依賴于中央核心區(qū)，這種依賴性僅在條帶區(qū)的1個亞區(qū)得到證明，即CM區(qū)，其對聽覺刺激的反應(yīng)會隨著核心區(qū)域的去除而消失。

條帶區(qū)由CL、CM、ML、RM、AL、RTL、MM、RTM 8個亞區(qū)組成，每個亞區(qū)代表不同部位的耳蝸。Jon等[3]還發(fā)現(xiàn)其依據(jù)兩方面：首先，核心區(qū)域與和它相鄰近的條帶區(qū)域聯(lián)系更為密切，研究表明條帶區(qū)域尾側(cè)最密集的纖維投射來自AI區(qū)，而頭側(cè)的則來自R或RT區(qū)；此外，條帶區(qū)接受的最密集的纖維投射來自與其直接毗鄰的核心區(qū)，這種多重的投射模式可以為原始的耳蝸反應(yīng)模式提供依據(jù)，而且，神經(jīng)纖維的連接模式也證實了內(nèi)側(cè)3～4個亞區(qū)和外側(cè)4個亞區(qū)存在不同的音調(diào)組構(gòu)的可能性，微電極記錄也已證實這些發(fā)現(xiàn)[10]。相關(guān)研究[16]發(fā)現(xiàn)，盡管條帶區(qū)神經(jīng)元對聲音刺激的反應(yīng)不如核心區(qū)域神經(jīng)元強(qiáng)烈，但是其反應(yīng)也足以證明條帶區(qū)的音頻反應(yīng)模式和其鄰接的核心區(qū)相似。同時發(fā)現(xiàn)位于條帶外側(cè)處的神經(jīng)元對窄帶寬的噪音的反應(yīng)比純音強(qiáng)，這些噪音頻率帶的中心值可以用來代表神經(jīng)元的最佳反應(yīng)頻率。對于不同亞區(qū)音頻反應(yīng)模式的構(gòu)成，微電極記錄僅提供了有限的證據(jù)[10,13,15]，目前對于一些亞區(qū)還缺乏充分的研究，所以條帶區(qū)域的亞區(qū)劃分只是一種暫時的提議[3]。

1.3 條旁區(qū)(parabelt)

條旁區(qū)具體位置如圖1，Jon等[3]推測此區(qū)域可能存在不同功能的亞區(qū)。但是目前關(guān)于如何對此區(qū)域進(jìn)行亞區(qū)劃分的報道很少，還沒發(fā)現(xiàn)對其進(jìn)行的有關(guān)電生理記錄方面的研究結(jié)果。關(guān)于纖維投射，Morel 等[9]發(fā)現(xiàn),此區(qū)域不僅接受一些來自膝狀體背側(cè)和內(nèi)側(cè)部的纖維投射，同時還接受來自上膝狀核、內(nèi)側(cè)丘腦枕的纖維投射，構(gòu)成一個更加復(fù)雜的聽覺信息處理網(wǎng)絡(luò)。Kosmal等[17]利用注射放射性示蹤劑顯示，條帶區(qū)和條旁區(qū)可能參與復(fù)雜的整合功能，包括認(rèn)知等腦的高級功能。條旁區(qū)還與顳葉、頂葉、額葉皮層有較廣泛的聯(lián)系，這些區(qū)域參與介導(dǎo)聽覺系統(tǒng)包括空間感知和聽覺記憶在內(nèi)的一些重要功能[18]。

2 神經(jīng)元的聲音識別與編碼

在自然界中存在著形形色色的聲音，而有生物學(xué)意義的聲音大多具有按時間模式而變化的特征，人類的語言聲和動物的鳴叫聲是典型的例子。聽覺系統(tǒng)的一個基本作用是對聲音隨時間變化的一些特征進(jìn)行識別和處理，聽皮層在聽覺系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，而聽皮層神經(jīng)元則是聽皮層結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元存在相應(yīng)的聲音甄別和選擇的神經(jīng)基礎(chǔ)，能對動態(tài)變化的聲頻率、幅度和時程等進(jìn)行反應(yīng)和編碼[19]。韓磊等[20]運(yùn)用在體細(xì)胞內(nèi)微電極記錄技術(shù)觀察,麻醉大鼠初級聽皮層單個神經(jīng)元對聲音刺激的細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)，大鼠初級聽神經(jīng)元對相同自然聲刺激可以產(chǎn)生多種類型的反應(yīng)，包括興奮性聽覺反應(yīng)、抑制性反應(yīng)和"on-off"雙相聽覺反應(yīng)。根據(jù)聲音誘發(fā)的興奮性突觸后電位(EPSP)/抑制性突觸后電位(IPSP)以及動作電位(AP)的特點(diǎn)，興奮性聽覺反應(yīng)可分為長時程EPSP型、短時程EPSP型、規(guī)律放電型、閾下EPSP型4型;抑制性聽覺反應(yīng)也可分為AP-IPSP型、EPSP-IPSP型、IPSP型、AP-超極化型4型。"on-off"雙相聽覺反應(yīng)的放電間隔與聲音時長高度一致。推測這可能是初級聽皮層神經(jīng)元功能多樣性的基礎(chǔ)，即可以對多種類型聲音產(chǎn)生多種類型的反應(yīng)。

在人類語言和動物通訊聲中存在這樣的一類聲音事件，若干短音以特定的重復(fù)率進(jìn)行周期性、類周期性或非周期性的重復(fù)而組成聲音脈沖串[21-22]。近幾年，已有研究者利用此類被稱為click-train的聲音來研究聽皮層神經(jīng)元的放電反應(yīng)特性[23-25]。一個由多個click音構(gòu)成的聲音串即click-train音是被感知成一個連續(xù)的聲音，還是若干個間隔的聲音，亦或是處于兩者之間臨界處的震顫聲音，取決于聲音串中click音的重復(fù)率。如若聲音串中click音的重復(fù)率在一定范圍內(nèi)，則被感知為震顫聲音；若重復(fù)率高于這個范圍的上限，則以更連續(xù)的聲音被感知；如果低于就無重復(fù)率而言，感知到的是在時間上有明顯間隔的若干個聲音的組合。對于人類而言，較低重復(fù)率(10～45 Hz)的聲音被認(rèn)為是震顫聲音(flutter)，而認(rèn)為較高重復(fù)率(50～300 Hz)聲音是個連續(xù)音[26-28](pitch)，低于10 Hz的聲音被感知為單獨(dú)的聲音組合(events)，見圖3[28]。例如，常見的啄木鳥叮啄木樁現(xiàn)象，我們感知到的是一個震顫聲音[27-29]。在震顫音重復(fù)率范圍內(nèi)，低重復(fù)率對于人類語言交流中識別輔音和理解句子有著至關(guān)重要的作用，不僅如此，對于動物而言鳴叫通訊也是非常重要的，例如絨毛猴的顫音[30-31]。

早期研究[23]顯示，如果click音重復(fù)率低，AI區(qū)的神經(jīng)元表現(xiàn)出與click音刺激同步的放電反應(yīng)，這是一種時間編碼方式，即刺激-放電同步化，有一個click音就出現(xiàn)一個或幾個神經(jīng)元放電。Bendor等[24]通過對絨毛猴聽皮層神經(jīng)元放電反應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，AI區(qū)神經(jīng)元還存在另一種與聲音重復(fù)率相關(guān)的編碼方式，這是一種以放電的速率而不是放電的時間來編碼聲音重復(fù)率的編碼方式，這類神經(jīng)元放電反應(yīng)和click音的發(fā)生不存在時間上的一致，稱之為非同步化放電反應(yīng)，而是無論給予高重復(fù)率或是低重復(fù)率的click聲音刺激，這類神經(jīng)元的放電彌散地存在整個聲音刺激持續(xù)的時間段內(nèi)，不同重復(fù)率的click聲音刺激，神經(jīng)元放電速率會不同。Thomas等[23]發(fā)現(xiàn)，一些神經(jīng)元在接近震顫聲音重復(fù)率的上限(～45 Hz)的聲音刺激下仍可具同步化放電反應(yīng)，而一些神經(jīng)元在受到高于震顫聲音重復(fù)率下限(～10 Hz)的聲音刺激時，就會出現(xiàn)非同步化放電。Bendor等[24]將聽皮層神經(jīng)元劃分成三類，即同步反應(yīng)神經(jīng)元，它們具有短的潛伏期，至少重復(fù)率在不超過40～50 Hz時，神經(jīng)元都具有刺激-放電同步化反應(yīng)；非同步化反應(yīng)神經(jīng)元，它們的潛伏期比前者的長，重復(fù)率只要高于10 Hz就出現(xiàn)非同步化反應(yīng)，一些神經(jīng)元在重復(fù)率低于10 Hz時還是存在同步化反應(yīng)現(xiàn)象的；混合型反應(yīng)神經(jīng)元，其刺激-放電同步化還是非同步化取決于聲音刺激的強(qiáng)度或時程。他們還發(fā)現(xiàn)，所記錄的神經(jīng)元中2/3的神經(jīng)元放電速率和click音重復(fù)率呈單調(diào)函數(shù)關(guān)系，隨著重復(fù)率的提高，神經(jīng)元放電速率呈單調(diào)遞增或單調(diào)遞減兩種不同的變化趨勢。

圖3 人對不同重復(fù)率聲音感知劃分圖[29]

Fig 3 The division of perception to different repetition rate sound in human[29]

將刺激-放電同步化神經(jīng)元與非同步化神經(jīng)元進(jìn)行比較可知，這兩種神經(jīng)元大部分都呈現(xiàn)放電速率是click音重復(fù)率的單調(diào)函數(shù)關(guān)系?？梢院苊黠@地看到，同步化神經(jīng)元的放電和刺激在時間上同步，由此我們可以根據(jù)放電時間準(zhǔn)確地推測刺激發(fā)放的時間點(diǎn)；而非同步神經(jīng)元對純音刺激做出反應(yīng)時，具有較長的潛伏期，這樣可以有一個較充足的時間對聽覺信息進(jìn)行分析處理。在放電速率對click音重復(fù)率的變化率方面，非同步化神經(jīng)元具有相對較小的變化率，其放電速率對重復(fù)率的變化不敏感，變化率波動小，相對穩(wěn)定，可以體現(xiàn)出其在放電速率對重復(fù)率線性關(guān)系上更穩(wěn)定的單調(diào)性[24]。在聽覺系統(tǒng)中，單調(diào)性或斜率(放電頻率對重復(fù)率的變化)相關(guān)性的放電速率編碼方式不僅僅應(yīng)用于聲音重復(fù)率特征的編碼過程，也對聲音的強(qiáng)度和聲音的定位進(jìn)行編碼，對此已有相關(guān)文獻(xiàn)[32-33]報道。但是，聲音強(qiáng)度適度的變化(10～50 dB)不會對反應(yīng)斜率產(chǎn)生顯著影響[34]，所以在研究重復(fù)率的編碼時，如果需要聲強(qiáng)的改變，可使其保持在10～50 dB范圍內(nèi)以免影響實驗結(jié)果。我們了解到神經(jīng)元反應(yīng)的單調(diào)性對于聽覺信息的獲取和處理是至關(guān)重要的，這種編碼方式不僅能夠使單個神經(jīng)元同時對多個聲音參數(shù)進(jìn)行編碼[35]，還能提高編碼的精確度[33]。例如一個神經(jīng)元在對不同的聲音參數(shù)進(jìn)行編碼時，可能會呈現(xiàn)單調(diào)遞增或單調(diào)遞減的趨勢，而對于神經(jīng)元群體而言，若神經(jīng)元單調(diào)性相同，那這種群體單調(diào)性就會得以保持，而且還會通過累積效應(yīng)使這種趨勢更為明顯和穩(wěn)定。所以，神經(jīng)元在對多個聲音參數(shù)進(jìn)行編碼時，通過對照群體的單調(diào)變化趨勢的增強(qiáng)或減弱來提取出某個聲音參數(shù)。

早在20世紀(jì)五六十年代，Pollack等[36]研究發(fā)現(xiàn)，對于周期性的和非周期性的低重復(fù)率的聲音脈沖串，人類的平均辨別閾相近；但是如果將重復(fù)率提高一些，則對于非周期性重復(fù)的聲音的辨別能力就會出現(xiàn)一定程度的下降。后來Lu等[37]發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元同步化放電可以為聽覺系統(tǒng)對于周期性重復(fù)和非周期性重復(fù)的分辨提供一定的信息。不僅如此，Bendor等[38]發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元的頻率編碼方式，即刺激-放電非同步化，對聲音的周期性信息基本是不敏感的。近期Bendor等[24]發(fā)現(xiàn)，AI區(qū)前外側(cè)邊緣處的一個小神經(jīng)元群(音調(diào)選擇性神經(jīng)元)對聲音周期性的特征的敏感度較高。

3 不同編碼類型神經(jīng)元的空間分布

近幾年，Bendor等[24]通過對覺醒狀態(tài)絨毛猴的聽皮層神經(jīng)元進(jìn)行的電生理相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，沿尾-鼻軸，即與外側(cè)溝平行方向，同步型和非同步型兩類神經(jīng)元空間分布明顯不同。在AI區(qū)，刺激-放電同步型神經(jīng)元分布較多，而R和RT區(qū)的非同步型神經(jīng)元分布較多。Dong等[25]通過對覺醒狀態(tài)貓的AI區(qū)神經(jīng)元研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)刺激的click音重復(fù)率在12.5 Hz時，所記錄的AI區(qū)神經(jīng)元中的75%具明顯的同步化放電，重復(fù)率提高至25 Hz時，58%的神經(jīng)元同步化放電，繼續(xù)提高刺激頻率至200 Hz，此時僅存在2%的神經(jīng)元還具有和刺激同步放電的現(xiàn)象。AI區(qū)神經(jīng)元對于重復(fù)率小于50 Hz的聲音刺激，大部分都具與刺激同步的放電現(xiàn)象。

Bendor等[24]所記錄的神經(jīng)元中，2/3的同步型神經(jīng)元在AI區(qū)，而2/3的非同步型神經(jīng)元在R和RT區(qū)。其中AI區(qū)大部分(～70%)神經(jīng)元的放電頻率對于重復(fù)率呈單調(diào)遞增，而R和RT區(qū)54%神經(jīng)元單調(diào)遞增，其余的46%則單調(diào)遞減。如果只對具單調(diào)性的同步型和非同步型神經(jīng)元的分布進(jìn)行比較，可看出這兩種神經(jīng)元沿尾-鼻軸分布的差異性顯著；但是分析非單調(diào)型神經(jīng)元的分布，則這兩種神經(jīng)元沿軸分布無明顯差異。Dong等[25]對覺醒狀態(tài)貓施加12.5～200 Hz重復(fù)率的click-train聲音刺激發(fā)現(xiàn)，所記錄的AI區(qū)神經(jīng)元中的75%具明顯的同步化放電，還發(fā)現(xiàn)記錄神經(jīng)元中的7%呈現(xiàn)放電頻率對重復(fù)率單調(diào)遞減的變化。比較中心區(qū)的3個亞區(qū)的神經(jīng)元放電反應(yīng)特點(diǎn)，可看出無論是同步型還是非同步型神經(jīng)元，R和RT區(qū)的神經(jīng)元對純音刺激反應(yīng)相對較弱，但其潛伏期較AI區(qū)神經(jīng)元長。

以麻醉動物為對象進(jìn)行的聽皮層神經(jīng)元活動的電生理方面研究[39-51]，揭示了刺激-放電同步化的時間編碼方式。對覺醒狀態(tài)絨毛猴的聽皮層神經(jīng)元活動的研究[52]，記錄到了非同步化的編碼方式，即放電頻率編碼方式。Dong等[25]對覺醒狀態(tài)貓進(jìn)行了聽皮層神經(jīng)元活動的研究。不同區(qū)中不同編碼方式神經(jīng)元的分布比例存在一些差別，比如同步型神經(jīng)元的比例，結(jié)果有2%[47]、17%[53]、～50%[23]等。這些差別可能由刺激的特征參數(shù)、評判同步化反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、實驗動物種屬、抽樣誤差等因素造成。

4 聽覺研究展望

關(guān)于放電頻率的編碼模式的內(nèi)在機(jī)制，目前此方面的研究很少。AI、R、RT區(qū)的皮層聯(lián)系維持沿尾-鼻軸神經(jīng)元的瞬時整合級聯(lián)。前饋皮層的纖維投射與內(nèi)側(cè)膝狀體腹部到中央核心區(qū)的纖維投射相結(jié)合[54]，前饋皮層的這種信息輸入可能會延長信息的到達(dá)時間，與AI區(qū)相比較而言，減弱了R、RT區(qū)神經(jīng)元刺激-放電的同步性，從而將放電時間編碼方式向放電頻率編碼方式轉(zhuǎn)化，所以R和RT區(qū)有著較高比例的非同步型神經(jīng)元，而且神經(jīng)元的潛伏期較長[24]。還有研究[55]顯示，非同步型神經(jīng)元延長的時間整合可能會造成對聲音同步化編碼的缺乏。動物的生物聲納和人類的聲語言交流，被認(rèn)為是聽覺演化的最高級，如何獲得更多有關(guān)動物聲通訊和人類語言聲交流過程中神經(jīng)元對不同模式的聲信號和聲成分反應(yīng)的機(jī)制，可以將電生理研究與分子生化方面的研究相結(jié)合進(jìn)行進(jìn)一步的證實。

多年來聽覺神經(jīng)科學(xué)的研究大多集中在聲音的感知過程，以探究人類聽皮層對于不同的聲音信息的識別和處理過程，但是我們不可能打開人腦直接研究其中每一個神經(jīng)細(xì)胞的功能，因此只能在合適的動物模型上進(jìn)行實驗。通常的辦法是將動物全身麻醉后實施開顱手術(shù)，將微電極插入皮層相關(guān)區(qū)域，記錄每個神經(jīng)細(xì)胞的放電活動。通過研究神經(jīng)細(xì)胞對各種聲音的反應(yīng)情況，來探討聲音信號在腦內(nèi)的表達(dá)及傳遞機(jī)制，因而這一傳統(tǒng)方法的有效性受到了質(zhì)疑[56-57]。為了解決這一問題，有研究者在動物麻醉條件下在聽皮層植入多通道微電極，待動物恢復(fù)后在完全清醒的條件下，記錄聽覺皮層神經(jīng)元的電活動。利用這一技術(shù)發(fā)現(xiàn)了許多麻醉動物腦內(nèi)觀察不到的聽覺神經(jīng)機(jī)制。目前這一技術(shù)已經(jīng)逐漸成為國際上聽覺皮層研究的主流。但是，關(guān)于聽覺神經(jīng)生理學(xué)方面，很少的研究將神經(jīng)細(xì)胞活動的分析和自然聲音(大多是復(fù)雜聲音)引起的行為結(jié)合起來。最近幾年一些歐美實驗室開始嘗試訓(xùn)練猴子聽到不同的聲音時做出不同動作(按下或放開拉桿，向左或向右注視)，以此來測試猴子對特定聲音變量的認(rèn)知能力，并同時記錄大腦單個神經(jīng)元的電活動。這一實驗方法用于研究視覺皮層功能區(qū)的神經(jīng)元在動物識別各種視覺參數(shù)(方向、對比度、顏色及運(yùn)動)過程中的作用。Dong等[25]以貓為動物模型，訓(xùn)練貓學(xué)會對不同重復(fù)率的click聲音刺激做出不同的行為反應(yīng)Go(舔給食管)/No-Go(不舔給食管)，同時在該種聲音刺激下記錄大腦皮層單個神經(jīng)元的電活動，然后將同一動物的行為反應(yīng)結(jié)果和電生理數(shù)據(jù)相對照，發(fā)現(xiàn)AI區(qū)神經(jīng)元的放電頻率對click重復(fù)率的編碼與行為學(xué)反應(yīng)的關(guān)系更為密切。Lemus等[58]在利用猴子完成區(qū)分不同音頻的聲音的任務(wù)時，同時記錄AI區(qū)神經(jīng)元的放電活動，也得出了相似的結(jié)論。Cohen等[59]最近也提出，直接研究神經(jīng)元電活動和動物聽覺行為反應(yīng)的相關(guān)性是聽覺研究未來發(fā)展的一個重要方向。

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2015-05-22

2015-08-24

國家自然科學(xué)基金資助項目(30970979)

蘇麗曄(1989-)，女，山東濟(jì)南人，醫(yī)學(xué)碩士。E-mail:suliyecmu@163.com

馬蘭蘭 E-mail:haizhilan_ll@163.com

蘇麗曄，馬蘭蘭.click音刺激下的聽皮層神經(jīng)元活動[J].東南大學(xué)學(xué)報：醫(yī)學(xué)版，2015，34(6)：1012-1018.

R338.3

A

1671-6264(2015)06-1012-07

10.3969/j.issn.1671-6264.2015.06．035