听觉灵敏的狨为人类提供新的听力模式

2016-12-22 15:31:21  科技北斗
本文作者:Nature

听觉灵敏的狨为人类提供新的听力模式

2016-12-22 15:31:21
作者:Nature
来源:科技北斗
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 听觉灵敏的狨为人类提供新的听力模式

 

对的研究有助于为失聪人士开发更好的助听设备

狨让科学家们瞥见负责沟通的神经元的工作模式。

犹如高音鸡尾酒派对的喧闹声充满了位于Baltimore的约翰·霍普金斯大学神经科学家王小勤的实验室。但是发出这些声音的灵长类动物是一群狨——这种松鼠大小的猴子身上的皮毛有独特式样,两只耳朵就像两团白色绒球,贴在脑袋上。这些小家伙互相唠叨,时不时停下来拍打脑袋,并用好奇的表情打量着来访者。

普通狨(Callithrix jacchus)在圈养的状态下表现得喜欢交流,更具有社会性,而不像更常作为典型灵长类动物的猕猴。今年1月,王教授和他的同事还发现,狨是人类之外、能以与人类相同的方式,听出音乐中、及汉语这类有调语言中不同音调的唯一一种动物1。如此一来,狨成为了科学家在研究听觉和语言时所能找到的最接近人类大脑的替代者,并未参与上述文章写作的听觉研究者、加州大学洛杉矶分校的Quianjie Fu说。

直到最近,研究者都要依靠鸣禽来开展此类工作,但鸟类的大脑和人类相差甚远,所能提供的洞见相当有限。王教授希望狨能加深研究者对沟通如何进化的理解,并帮助人们改进耳蜗助听器(cochlear implants)这样的、为失聪人士设计的装置。

今年12月7日在《神经科学期刊》(Journal of Neuroscience)发表的一篇文章中2,王教授及其同事描述了一项对狨进行电刺激研究的结果,在研究过程中,这些狨可以如平常那样相互交流。该研究成果第一次显示,如耳蜗助听器带来的电刺激激活大脑中的听觉部分的方式,与声音刺激的激活方式存在不同。

这个新图景为研究者们回答这个困扰人们多年的问题,提供了一个起点,即:为什么耳蜗助听器不能很好地分辨音调。总部在加州Valencia的世界上最大的耳蜗助听器制造商之一高级仿生学公司(Advanced Bionics)目前正在狨身上测试自己的新一代产品。公司研发部负责人Abhijit Kulkarni说,这种灵长类动物对于此类产品的改进而言,价值无可估量。该公司并未参与王教授的此项研究。

穿越噪音

耳蜗助听器正逐渐被认为是医学上的一个成功案例,尽管在分辨音调,如听到高频声音或从背景噪音中辨别人声等问题上仍然存在困难。

但要对这些问题进行改进是很困难的。研究人员只能从人们的反馈中才能知道一个实验性装置是否运行良好。把这些反馈和大脑中的运作过程联系在一起,将会准确显示哪些模式的神经回路是用于区分音色和音调等声音特征的,Fu说。但是在人类身上观察单个神经元的活动是不可能的。

在最新的文章中,王教授和他的同事描述了他们是如何观察4只单耳失聪成年狨分别在电刺激和声刺激下听觉皮层(大脑的听觉中枢)中的神经元活动的。这一区域中植入的电极记录了超过1400个神经元是如何对传入正常耳朵的声音进行响应的,以及这些细胞对聋耳中的耳蜗助听器产生的相似的电刺激信号如何反应。

研究人员发现有许多神经元,包括一些对音调产生知觉的神经元,在电刺激下,无法像在声音刺激下那样被激活。他们说,一种较为可信的解释是,电流传遍整个大脑,会使一些在声音感知过程中不会激活的神经元被激活。这扰乱了神经元的活动模式,并使那些产生正常听觉的大脑回路失活。

“这篇文章中真正令人着迷的问题是,耳蜗助听器无法成功地向大脑提供信息。”未参与此项研究的华盛顿大学西雅图分校神经生理学家James Phillips说。“我认为这项研究的价值非同寻常,不仅因为它展示了一种行之有效的新方法,还因为它对这一问题提出了某种解释。”

展望

这些发现可能会促进耳蜗助听器的改进,例如可以设计成有选择地刺激不会对电脉冲产生反应的神经元,未参与此项研究的华盛顿大学西雅图分校神经科学家Julie Bierer说。

但她说声音刺激和电刺激的差异可能是因为,耳蜗助听器并不是一直开着,就像在失聪人士身上经常发生的那样。如此,听觉系统可能无法通过不断自我刷新,来适应新信号。

王教授说,这是他的团队接下来要研究的问题;他们还将测试在大脑可塑性更强的幼年狨身上,这种神经元响应模式是否会有所不同。他们还建造了一个隔音室,多只带着电刺激装置的狨可以在里面随意跑动和互动。这将使研究人员能够在无线传输的大脑活动记录和动物发出的声音记录之间建立联系,以确定大脑如何处理在打架和进食等行为中发生的交流。

责任编辑:科普知识网

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