Взгляд на то, как мозг преобразует звук

По его словам, даже когда временная структура звука менее очевидна, как в случае с человеческой речью, синхронизация по-прежнему передает различную важную информацию. Когда звук слышен, нейроны в нижней подкорковой области мозга срабатывают синхронно с ритмической структурой звука, почти точно кодируя его исходную структуру во времени спайков.«Однако по мере того, как информация продвигается к слуховой коре, представление звука претерпевает трансформацию», — сказал Вер, исследователь из Института нейробиологии UO. «Происходит постепенный переход к нейронам, которые используют совершенно другую систему кодирования информации».

В новом исследовании, подробно описанном в выпуске журнала Neuron от 8 апреля, команда Вера задокументировала эту трансформацию информации в слуховой системе крыс. Полученные данные аналогичны тем, которые были ранее показаны на приматах, что позволяет предположить, что вовлеченные процессы работают в слуховых системах всех млекопитающих, заключила команда.Нейроны мозга используют два разных языка для кодирования информации: временное кодирование и кодирование скорости.Для нейронов слухового таламуса, части мозга, которая передает информацию от ушей к слуховой коре, это принимает форму временного кодирования.

Нейроны срабатывают синхронно с исходным звуком, обеспечивая точное воспроизведение структуры звука во времени.В слуховой коре, однако, около половины нейронов используют кодирование скорости, которое вместо этого передает структуру звука через плотность и скорость импульсов нейронов, а не точное время.Но как происходит переход от одной системы кодирования к другой?Чтобы найти ответ, Вер и студентка — ведущий автор Сян Гао, сейчас студент-медик в Oregon Health.

Научный университет — использовал технику, известную как запись целых клеток, в своих моделях на крысах, чтобы фиксировать тысячи взаимодействий, которые происходят в одном нейроне каждый раз, когда он реагирует на звук. Команда наблюдала, как отдельные клетки реагируют на непрерывный поток ритмических щелчков.Во время исследования Вер и Гао отметили, что отдельные нейроны, кодирующие скорость, получали до 82 процентов своих входных данных от нейронов, кодирующих временное кодирование.«Это означает, что эти нейроны действуют как переводчики, переводя звук с одного языка на другой», — сказал Вер. «Заглянув внутрь нейрона, мы можем увидеть механизм того, как происходит перевод».

Один из этих механизмов — это способ, которым так называемые возбуждающие и тормозящие нейроны взаимодействуют, чтобы толкать и стягивать друг друга, как родители, раскачивающие игровую площадку. В ответ на каждый щелчок возбуждающие нейроны сначала нажимают на клетку, а затем тормозящие нейроны следуют за ней, вытягивая ее точно в противофазе с возбуждающими нейронами. Вместе эта комбинация заставляет ячейки генерировать пики с высокой скоростью, преобразуя временной код в код скорости.По словам Вер, это наблюдение дает представление о том, как цепи в глубине мозга влияют на восприятие мира.

Нейробиологи ранее предполагали, что переход от временного кодирования к скоростному кодированию может объяснить перцептивную границу между ритмом и высотой звука. Медленные последовательности щелчков звучат ритмично, но быстрые последовательности щелчков звучат как жужжащий тон.

Возможно, эти два совершенно разных восприятия звука производятся двумя разными типами нейронов, сказал Вер.В исследовании UO синхронизированные нейроны, используя временное кодирование, отслеживали последовательность кликов примерно до 20 кликов в секунду, после чего несинхронизированные нейроны с кодированием скорости начали брать верх. Эти несинхронизированные нейроны могут реагировать на более высокие скорости — примерно до 500 щелчков в секунду — но с кодом скорости, в котором нейроны срабатывают в случайном и несвязном порядке.

Почему слуховая система изменила представления? Ответ, по словам Вер, может лежать в зрительной коре головного мозга, которая также использует кодирование скорости.

«Это преобразование слуховой системы похоже на то, что наблюдается в зрительной системе», — сказал он. «За исключением того, что в слуховой системе нейроны кодируют информацию о времени, а не о пространстве».Нейробиологи считают, что коды скорости могут поддерживать мультисенсорную интеграцию в верхних областях коры, сказал Вер.

По его словам, тарифный код может быть универсальным языком, помогающим нам соединить воедино то, что люди видят и слышат.


Портал обо всем