2月16日大腦如何過濾掉聲音

蝙蝠以其回聲定位技能而聞名，因此使用聲音進(jìn)行導(dǎo)航：它們通過發(fā)出超聲波呼叫并根據(jù)反射的聲音形成其周圍環(huán)境的圖像，以極其敏感的聽覺“看到”。因此，例如，Seba 的短尾蝙蝠 (Carollia perspicillata) 使用這種回聲定位系統(tǒng)找到了它喜歡吃的水果。同時(shí)，蝙蝠使用它們的聲音與其他蝙蝠交流，然后它們使用較低的頻率范圍。Seba 的短尾蝙蝠的音域只有鳴禽和人類才有。就像人類一樣，它通過喉部發(fā)出聲音。

為了了解塞巴的短尾蝙蝠如何從各種不同的聲音中過濾出特別重要的信號(hào)——其他蝙蝠的警告叫聲、幼蝙蝠的孤立呼叫以及葉子迷宮中辣椒植物的反射例如，法蘭克福歌德大學(xué)的研究人員記錄了蝙蝠的腦電波。

為此，由細(xì)胞生物學(xué)和神經(jīng)科學(xué)研究所的 Manfred Kössl 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員將電極——就像針灸針一樣細(xì)——插入到蝙蝠的頭皮下，而蝙蝠在麻醉下打瞌睡。最終，這種測(cè)量方法非常敏感，即使蝙蝠頭部的最輕微移動(dòng)也會(huì)干擾測(cè)量結(jié)果。盡管被麻醉，蝙蝠的大腦仍然會(huì)對(duì)聲音做出反應(yīng)。

然后連續(xù)播放兩個(gè)音高不同的音符，對(duì)應(yīng)回聲定位呼叫或通信呼叫。最初播放的序列中，音符 1 的出現(xiàn)頻率遠(yuǎn)高于音符 2，例如“1-1-1-1-2-1-1-1-2-1-1-1-1-1-1 ……”。這在下一個(gè)序列中被顛倒了，音符 1 很少出現(xiàn)，而音符 2 經(jīng)常出現(xiàn)。通過這種方式，科學(xué)家們想要確定給定聲音的神經(jīng)元處理是否取決于它發(fā)生的概率，而不是取決于它的音高。

博士該研究的主要作者、學(xué)生 Johannes Wetekam 解釋說：“事實(shí)上，我們的研究結(jié)果表明，一種罕見且因此出乎意料的聲音比頻繁的聲音會(huì)導(dǎo)致更強(qiáng)的神經(jīng)元反應(yīng)。”在這方面，蝙蝠的大腦通過淡化這些信號(hào)來調(diào)節(jié)神經(jīng)元對(duì)頻繁回聲定位呼叫的反應(yīng)強(qiáng)度，并放大對(duì)不頻繁通信呼叫的反應(yīng)。Wetekam 說：“這表明蝙蝠處理意外聲音的方式取決于它們的頻率，以便收集足夠的感官印象。”

Wetekam 說，這里有趣的方面是信號(hào)的處理似乎已經(jīng)發(fā)生在腦干中，迄今為止人們認(rèn)為腦干僅接收聲學(xué)信號(hào)并將它們傳輸?shù)酱竽X的更高區(qū)域，然后信號(hào)被抵消互相對(duì)抗。原因?“這可能會(huì)為整個(gè)大腦節(jié)省大量能量，并允許做出非?？焖俚姆磻?yīng)，”Wetekam 說。

Manfred Kössl 教授認(rèn)為“我們都熟悉派對(duì)效應(yīng)：我們過濾掉周圍環(huán)境中人們的對(duì)話，這樣我們就可以完全專注于我們正在與之交談的人。這些機(jī)制類似于蝙蝠身上的機(jī)制。如果我們可以更好地了解蝙蝠是如何聽到聲音的，將來這可以幫助我們了解 ADHD(注意力缺陷多動(dòng)障礙)等疾病會(huì)發(fā)生什么，這些疾病會(huì)破壞對(duì)外來刺激的充分處理。”

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