眾所周知，人類能夠獲得聽力是基于選擇性地聽取一定頻率范圍的聲音。大腦的“聽力中心”聽覺皮層中的神經(jīng)元通常聚集在一起對特定頻率的聲音產(chǎn)生反應(yīng)。然而科學(xué)家們對于復(fù)雜的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確地對聲音做出反應(yīng)的具體機(jī)制仍然不清楚。

    現(xiàn)在由冷泉港實(shí)驗(yàn)室神經(jīng)科學(xué)計(jì)劃的負(fù)責(zé)人Anthony Zador教授領(lǐng)導(dǎo)的科研小組朝揭示這一謎底邁進(jìn)了一步。科學(xué)家們試圖通過研究聽覺皮層中神經(jīng)元之間的功能聯(lián)系了解聽力形成的機(jī)制。最新的論文發(fā)表在《自然神經(jīng)科學(xué)》（Nature Neuroscience ）網(wǎng)絡(luò)版上。

    “我們希望通過這種方式了解聽覺皮層產(chǎn)生應(yīng)答反應(yīng)的機(jī)制，”Zador說。

    聽覺皮層的神經(jīng)元組織方式不同于大腦視皮層和感覺皮層。在視覺形成過程中，視網(wǎng)膜上的感光受體可直接將信號傳遞到大腦的視皮質(zhì)形成二維“視網(wǎng)膜定位”圖像。然而在聽覺系統(tǒng)，耳蝸內(nèi)的聽覺受體的組成方式則是一維的?？拷佂饩壍氖荏w可識別低頻率的聲音，而靠近耳蝸內(nèi)的受體則對高頻率的聲音比較敏感。耳蝸中這種由低到高不同部分與不同聲音頻率的一種規(guī)則的對應(yīng)關(guān)系稱之為“頻率拓?fù)洹?。耳蝸的頻率拓?fù)涮卣魇沟蒙窠?jīng)元將高低頻率的聲音以梯度形式傳遞至聽覺皮層形成一維信號。

    “人類視覺和感覺器官獲得是二維信號，而聽覺皮層獲取的聲音則是一維信號。這表明兩種皮層定位機(jī)制存在功能上的差異。然而現(xiàn)在還沒有人能夠理解產(chǎn)生差異的具體機(jī)制?！盳ador說。

    為了解答這個(gè)問題，Zador和博士后研究員Hysell Oviedo將小鼠大腦分別沿著拓?fù)漭S線或呈垂直方向切片，對制成的切片進(jìn)行神經(jīng)元活性比較。

    為了精確刺激切片上單個(gè)神經(jīng)元并對其進(jìn)行記錄，Oviedo和 Zador與曾任職于冷泉港實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Karel Svoboda和Ingrid Bureau合作，利用光刺激掃描系統(tǒng)獲得了詳細(xì)的高分辨率的圖譜。

    “當(dāng)我們在視皮質(zhì)中進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們發(fā)到無論采取哪種切片方式其神經(jīng)元的連接方式都是一致的。然而在聽覺皮層切片上，沿拓?fù)漭S線切片與垂直切片相比較神經(jīng)元的連接有著質(zhì)的差別?！監(jiān)viedo說。

    1962年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了澳大利亞科學(xué)家伯納德卡茨，因其證實(shí)了中樞神經(jīng)系統(tǒng)視皮質(zhì)中的對同一信號產(chǎn)生反應(yīng)的神經(jīng)元常呈簇狀聚集在同一個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，稱為皮層功能柱。視皮質(zhì)上的神經(jīng)元通常只與同一柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的其他神經(jīng)元發(fā)生相互作用?？茖W(xué)家們曾認(rèn)為聽覺皮質(zhì)中的神經(jīng)元同樣聚集形成一個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)傳遞相同頻率的信號。然而出于意料的是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此。

    “我們第一個(gè)證實(shí)聽覺皮質(zhì)的神經(jīng)元組織方式并不是柱狀結(jié)構(gòu)方式。接下來我們的研究重點(diǎn)將是基于這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對聽覺功能進(jìn)行研究，”Zador說道。