ホワイトノイズと光遺伝学により聴力が改善されました

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ビデオ: 【作業用BGM】100Hzホワイトノイズ【12時間】 2022, 12月
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Anonim
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音の背景にあるホワイトノイズは、聴覚皮質のニューロンの活動を制限することにより、音をより効果的に区別するのに役立ちます。これは、音を聞いているときのマウスの脳の活動を研究したスイスの科学者によって発見されました。この効果は、周波数がスペクトル的に近い(つまり、実質的に互いに異ならない)音で顕著であり、動作的にも現れました。さらに、聴覚の調節に関与するニューロンの光遺伝学的活性化中に同様の変化が観察されました。これは、刺激に影響を与える騒音公害の状況における脳の聴覚系の適応性を示している、と科学者たちはジャーナルCellReportsに書いています。

脳の感覚皮質のさまざまな部分の活動は非常に特異的です。さまざまなモダリティを通じて受信した情報処理に関与する領域は、受信チャネルに対する特定の刺激(たとえば、網膜を通じて受信した光)の影響下でのみアクティブ化されます。目の、または耳の有毛細胞によって知覚される音)。このような特異性が特定のモダリティの知覚内にも現れることは興味深いことです。言い換えると、入力信号のパラメーターは感覚系の特定の部分にとって非常に重要です。

たとえば、聴覚皮質のニューロンは、周波数に基づいて音を選択的に処理します。同時に、それらは非常に適応性があり、たとえば、リスナーの注意を引くバックグラウンドノイズや突然の音の変化に敏感です。ただし、この適応性が聴覚とその後の行動の調節にどのように影響するかについてはほとんどわかっていません。

この問題をより詳細に調査するために、バーゼル大学のラスムス・クリステンセンと彼の同僚は、マウスで実験を行うことにしました。これを行うために、彼らは60デシベルの音量レベルでそれぞれ50ミリ秒の持続時間で異なる周波数(4ヘルツから48、7キロヘルツまで)の実験的な37の音をオンにしました。音は、刺激のすぐ下(50デシベル)の音圧レベルで、クリアまたはバックグラウンドの「ホワイト」ノイズのいずれかでオンになりました。マウスの脳に埋め込まれた電極を用いて音知覚時の脳活動を測定し、一次聴覚野ニューロンの活動電位の音の周波数依存性の関数を求めた。 。

科学者たちは、演奏されている音の背景にホワイトノイズが存在すると、スパイクの頻度(ニューロンが発火したときの電位の変動)が減少することを発見しました:発症前に14.2パーセント、ピーク活動中に26.1パーセント。同様の変化は、刺激の周波数特性に関係なく、一次聴覚野のすべての選択的に活性化された領域で観察されました。また、ピークスパイク周波数で知覚が発生する音の周波数の数は、ホワイトノイズが存在する場合、存在しない場合よりも大幅に少ないことがわかりました(p = 0、0004)。これは、次に、一次聴覚野の選択性がノイズの存在下でより高く、ノイズ自体が知覚にまったく影響を与えないことを示唆しています。

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ホワイトノイズにさらされたときの電位の活動(D-E)とスパイクのピークで知覚される音の数(F)

ノイズの存在下での音刺激に応答した聴覚野の応答の低下が聴覚の行動的側面にどのように影響するかをテストするために、研究者は実験的な合否パラダイムを使用して実験を行いました。その中で、彼らは特定の周波数の音に反応しておやつ(豆乳の小滴)を受け取り、特別なチューブをなめるときに他の周波数の音に反応して罰(空気の流れ)を受け取るようにマウスを訓練しました。データの分析により、音刺激中にホワイトノイズを使用すると、スペクトル的に近い音の認識が向上することが示されました。たとえば、マウスノイズを使用すると、0.35(p = 0.002)と0.2だけ異なる音をより効果的に区別できました。オクターブ(p = 0、001)。

聴覚野のニューロンの活動に対するホワイトノイズの影響の詳細なメカニズムを研究するために、科学者は次に光遺伝学の方法に目を向けました-膜に挿入された感光性オプシンの光を使用したニューロンの選択的活性化。研究者らは、脳の感覚系における信号伝達を調節するパルブアルブミン含有介在ニューロンにチャネル活性化ロドプシン(ChR2)を注入しました。このようなニューロンの選択的活性化は、ホワイトノイズの使用と同じ結果につながることが判明しました。スパイク値は、開始前に18.8%減少し、ピーク活動中に35.6%減少します。ノイズの使用と同様に、ピークスパイク周波数で知覚される周波数の数の有意な(p = 0、0014)減少が観察されました。

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ニューロンの光遺伝学的活性化中の電位の活動(D-E)およびスパイクのピークで知覚される音の数(F)

パルブアルブミン含有ニューロンの光遺伝学的活性化も聴覚弁別を改善しました。結果は、ホワイトノイズを使用して得られた結果と同様でした。つまり、0.35オクターブ(p = 0.021)と0.2オクターブ(p = 0.008)だけ異なる音の区別も改善されました。

ホワイトノイズと光遺伝学的活性化にさらされたときの知覚の調節に関与する脳の特定の領域に関して、科学者はまた、聴覚情報の処理にも関与している視床の膝状体の働きに注目しました。しかし、その効果は聴覚皮質で観察されたものほど顕著ではありませんでした。

著者らは、聴覚野の活動を(ホワイトノイズまたは光遺伝学的活性化のいずれかを介して)変更すると、聴覚が変化し、それが改善されると結論付けました。この効果は、行動的にも現れます。この効果の考えられる説明は、追加の刺激を排除する必要がない場合の通常の自発的活動と比較した、聴覚皮質の個々のニューロンによる周波数の選択的識別です。このことから、次に、脳の感覚系(少なくとも聴覚)は、特定のレベルの追加ノイズで情報を知覚するのにより適していると結論付けることができます。これは理解できます。絶対的な沈黙を背景にした重要な音はより多くなります。知覚としては珍しい。

ホワイトノイズの利点はすでに繰り返し確認されています。たとえば、音響外傷後の聴力回復に使用されています。 2年前、科学者たちは、特定の強度のホワイトノイズを聞くと、大きな音の後の聴覚障害が原因で観察される神経接続の再編成が妨げられることを示しました。したがって、聴覚は損なわれません。

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